聶何婷 王文軍 肖萍 江西水利職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系

1.引言

目前，51系列單片機(jī)在各大高校中仍然廣泛應(yīng)用，尤其是基礎(chǔ)教學(xué)當(dāng)中。本文提出一種改造DVCC系列微機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)單片機(jī)的方法，通過設(shè)計(jì)一塊新的以STC12C5A60S2為核心的電路板，替換原DVCC系列單片機(jī)核心控制模塊，同時(shí)保留該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)外圍設(shè)備的方法，將DVCC系列單片機(jī)改造成為能夠使用Keil編譯軟件的通用單片機(jī)系統(tǒng)。該方法不僅節(jié)約了資源，降低了實(shí)驗(yàn)室更新?lián)Q代的成本，而且很大程度上提高了實(shí)驗(yàn)箱的綜合性能。

2.DVCC系列微機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)單片機(jī)介紹

我校實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)的江蘇啟東計(jì)算機(jī)公司和東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系研制生產(chǎn)的 DVCC-52196JH+系列單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，是一套功能強(qiáng)大，接口豐富的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)包括A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、8255A并行I/O口實(shí)驗(yàn)、8253A定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)、8250串行通信實(shí)驗(yàn)和電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)等多種功能。但是這套系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書在硬件部分并沒有提供完整的電路原理圖，導(dǎo)致學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候并不清楚硬件電路是如何設(shè)計(jì)的，只是機(jī)械的接受。而這套系統(tǒng)的軟件是啟東公司開發(fā)的專用編譯軟件，需在WINDOWS9X/NT界面上運(yùn)行，不適應(yīng)于目前計(jì)算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)。軟件代碼部分僅提供匯編語(yǔ)言的源代碼，不提供C 語(yǔ)言的源代碼，與以后的開發(fā)設(shè)計(jì)脫節(jié)。早期的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都是基于 MON51 監(jiān)控程序的，功能比較單一，并不能將程序直接燒錄到單片機(jī)內(nèi)部的 ROM 中，而是將程序裝載到外部的 RAM 中，都沒有采用當(dāng)今主流的 ISP功能，開發(fā)系統(tǒng)也是淘汰的DVCC 系統(tǒng)。如果不對(duì)DVCC-52196JH做改造，實(shí)驗(yàn)箱將面臨淘汰，造成資源浪費(fèi)。

3.核心板設(shè)計(jì)

目前大多數(shù)單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的CPU采用 Atmel 公司的AT89系列或宏晶公司的 STC系列，具備 IAP或ISP 功能，能夠滿足一般的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改造采用增強(qiáng)型51 內(nèi)核的STC12系列作為 CPU，替換原實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的DVCC系列單片機(jī)核心模塊，同時(shí)通過杜邦線與實(shí)驗(yàn)箱上外圍硬件設(shè)備相連接進(jìn)行改造，外圍設(shè)備保留經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，去除一些因功能陳舊而失去實(shí)際操作意義和使用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)，替換上一些數(shù)字化傳感器功能接口，以順應(yīng)數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境采用目前廣泛使用的Keil μVision4，實(shí)現(xiàn)與STC12系列單片機(jī)的良好對(duì)接。此外考慮到目前部分筆記本電腦已經(jīng)取消了 RS-232 通信串口，采用USB轉(zhuǎn)TTL接口電路替代原本的RS-232串口。因此，本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改造的關(guān)鍵在CPU核心板的設(shè)計(jì)，相關(guān)電路具體介紹如下。

3.1 最小系統(tǒng)電路

本電路單片機(jī)采用了宏晶公司最新的單時(shí)鐘/機(jī)器周期1T增強(qiáng)型芯片STC12C5A60S2。該芯片具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)，具備ISP編程功能,完全兼容8051系列單片機(jī)，且指令代碼速度快8-12倍。另有完整的P4口，可做復(fù)位。I/O口灌電流較STC系列增加2倍，驅(qū)動(dòng)能力超強(qiáng)。芯片底座采用40腳鎖緊座，方便更換芯片。最小系統(tǒng)電路原理圖如下：

圖1 最小系統(tǒng)電路原理圖

3.2 USB下載及供電電路

本模塊采用南京沁恒電子有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款接口轉(zhuǎn)換及單片機(jī)外圍芯片CH340，支持USB2.0，可以實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口、擴(kuò)展計(jì)算機(jī)異步串口和USB轉(zhuǎn)IrDA紅外等功能。CH340較PL2303更穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)由于不同驅(qū)動(dòng)或不同電腦導(dǎo)致不兼容現(xiàn)象，本電路設(shè)置有電源指示燈和下載指示燈，方便直觀了解串口電路是否在工作。USB下載及供電電路原理圖如下：

圖2 USB下載及供電電路原理圖

3.3 電源電路及電源擴(kuò)展接口

目前不少的傳感器、通訊模塊采用+5V或+3.3V電源供電，為了使實(shí)驗(yàn)箱有更好的適應(yīng)性，專門設(shè)計(jì)了+3.3.V供電及電源擴(kuò)展口，可以外接超聲波、紅外測(cè)距傳感器、藍(lán)牙通訊模塊及ZigBee通訊模塊。其中5V電源電路可由DVCC實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)電源提供，或由USB供電，無需另外設(shè)計(jì)電路。電源電路及電源擴(kuò)展接口原理圖如下：

圖3 電源電路及電源擴(kuò)展接口原理圖

4.實(shí)驗(yàn)

將核心板與DVCC實(shí)驗(yàn)箱上8位LED燈電路模塊連接，LED燈能夠按照設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)亮，除此之外，還可進(jìn)行數(shù)碼管、鍵盤、點(diǎn)陣等實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)箱各硬件資源得到充分的利用。

5.結(jié)語(yǔ)

通過設(shè)計(jì)替換單片機(jī)核心控制模塊，解決了DVCC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱改造問題，該改造方法可靠性高，成本低，操作方便，可推廣到其他系列單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的改造中，節(jié)約開支，具備一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。