可在線編程與調試的單片機實驗板的製作方法
2023-04-25 07:14:26 1
專利名稱：可在線編程與調試的單片機實驗板的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單片機，更具體地說，是涉及一種可在線編 程與調試的單片機實驗板。
背景技術：
單片機是一門實踐性很強的課程，很多學生都學不好這門課，其 主要原因在於實踐不夠。受學時所限，教師一般只能在講完原理後 安排一些驗證性的實驗，隨後的課程設計也往往流於形式，使學生 的設計能力得不到有效的鍛鍊。有些學生希望能在課外深入學習單 片機的開發，卻找不到一種適合他們的目標板。
目前，教學中使用的單片機實驗箱大都採用並行擴展模式，與單
片機系統的SOC ( System on Chip,系統級晶片)發展趨勢相悖。此 類實驗箱的功能雖多，但是體積大，成本高，可靠性差，其中一部 分還需要仿真器和編程器的支持，無法單獨進行設計性實驗和產品 開發，因而不適合用作學生的課外設計訓練。
實用新型內容
針對現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種體積小、成 本低、可靠性高、可擴展性強的單片機實驗板。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種可在線編程與調試的 單片機實驗板，其包括主控器，所述主控器為單片機，並在其外圍 連接配置了 LED數碼顯示器、LCD點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴 器、行列鍵盤、功率驅動器、串行E^ROM、實時鐘、A/D轉換器、 數字溫度傳感器、紅外收發器、USB-232轉換器以及信號引出排針。
根據本實用新型的一個實施例，該單片才幾包括SST89E5X系列單片機。
根據本實用新型的另一個實施例，該單片機包括LED數碼顯 示器為4位共陽型一體化顯示模塊；LCD點陣顯示器為128x64圖形 顯示模塊；行列鍵盤為2x8矩陣結構；蜂鳴器為無源壓電型；功率 驅動器使用L298晶片；數字溫度傳感器使用DS18B20型；紅外收 發器中的發射管為普通紅外發射管，接收管為一體化38KHz紅外接 收模塊；USB-232轉換器使用FT232和SP213晶片；串行E2PROM 使用AT24C1024晶片；實時鐘使用PCF8563T晶片；A/D轉換器使 用PCF8591晶片。
根據本實用新型的再一個實施例，該單片機進一步包括用於在計 算機軟體支持下進行單片機在線編程和調試的USB電纜。
根據本實用新型的又一個實施例，該單片機進一步包括與計算機 的USB 口直接連接的電源輸入端。
根據本實用新型的另外一個實施例，該單片機進一步包括設置於 電源輸入端的保險絲。
根據本實用新型的另外一個實施例，該單片機進一步包括外接電 源插孔。
根據本實用新型的另外一個實施例，該單片機進一步包括由單片 機的通用口線構建的串行擴展總線。
根據本實用新型的又 一 個實施例，串行擴展總線包括實現單片機
與串行E^ROM、實時鐘、A/D轉換器之間的連接的fC總線。
本實用新型的有益效果是，提供了一種可在線編程和調試的單片 機實驗板，其摒棄了使用並行總線擴展外部存儲器的傳統模式，以 較低的成本實現了仿真器、編程器和應用板的一體化，大大降低了 單片機系統開發門搵，具有體積小、成本低、可靠性高、可擴展性 強等優點，可作為課堂教學、單片機課程設計、畢業設計、課外電 子實踐和電子竟賽訓練等的通用目標板，通過大量案例學習和實踐 訓練，可以使學生的應用設計能力得到快速的提高。
圖1是本實用新型的一個優選實施例的結構原理圖；以及 圖2是本實用新型的優選實施例的單片機口線分配圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本實用新型的優選實施方式進行進 一步的說明。
圖1是根據本實用新型的一個優選實施例的單片機的結構原理 圖。本實用新型採用的是SST89E5X系列單片機，包括SST89E52、 SST89E54、 SST89E58、 SST89E516等型號,其指令系統及引腳排列 與80C51單片機兼容，而片內資源和性能指標則有很大提升。 SST89E5X系列單片機除具有8KB 64KB程序存儲器、1KB數據存 儲器、4個8位I/O 口 、 3個16位定時/計數器、1個5通道PCA (Programable Counter Array,可編程計數器陣列)、1個可編程WDT (Watchdog Timer,看門狗)、1個全雙工增強型UART ( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步接收/發送裝置)、l個 SPI 口 ( Serial Peripheral Interface,串行外設接口 ) 、 8向量4級中 斷外，還支持IAP (in Application Programming,在應用編程)、ALE (Adress Lock Enable,地址鎖存允許)輸出禁止、Brown-out檢測(低 電壓檢測)等功能。特別是其IAP (在應用編程)功能，大大降低了 開發單片機系統的設備支出，只需通過一根USB電纜連接到計算機 的USB 口，就可在計算機軟體支持下進行單片機程序的在線編程和 調試。
S S T 8 9 E 5 X單片機內部的程序存儲器和數據存儲器已能滿足本 實用新型提供的實驗板的實際需要，因而該實驗板摒棄了使用並行 總線擴展外部存儲器的傳統模式，使單片機I/O 口線利用率達到 100%。該單片機通過32根I/O 口線分別與LED數碼顯示器、LCD 點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴器、行列鍵盤、功率驅動器、串行 E2PROM、實時鐘、A/D轉換器、數字溫度傳感器、紅外收發器、USB-232轉換器以及信號引出排針相連。口線具體分配方案需綜合 考慮單片機各I/O 口的內部結構以及不同外圍設備和功能器件的工 作特點以後加以確定。
本實用新型提供的實驗板的尺寸不大於125mm (長)x80mm (寬)。在功率驅動器空載情況下，該實驗板最大工作電流不超過 0.2A,可利用計算機的USB 口直接供電。為防止短路造成計算機故 障，該實驗板電源輸入端設有一個0.5A的保險絲。此外，該實驗板 還設有外接電源插孔，方便驅動大功率負載時使用。
在本實用新型的優選實施例中，該單片才幾的口線P0分時用作LED 數碼顯示器的段碼埠 LEDSEG、 LCD點陣顯示器的數據埠 LCDData以及行列鍵盤的列輸出埠 KEYCOL, 口線P2的高4位(口 線P2.7 P2.4 )用作LCD點陣顯示器的控制埠 LCDCtrl， 口線P2的 低4位(口線P2.3 P2.0)用作功率驅動晶片L298的信號輸入埠 L298IN,同時還與4個LED發光管對應相連。該單片機的口線Pl.O 作為紅外收發器的載波輸出埠 IRCarry, 口線Pl.l連同口線P1.7 P1.5 共4根口線作為LED數碼顯示器的位碼埠 LEDBIT0 LEDBIT3， 口 線P1.2作為^^鳴器控制埠 BUZZ, 口線P1.3和P1.4作為功率驅動芯 片L298的使能控制埠 L298EN。單片機的口線RXD、 TXD分時用 作USB-232轉換器的數據收發埠 COM232以及紅外收發器的數據收 發埠 IRTxRx, 口線INTO用作時鐘晶片PCF8563T的中斷輸入埠 8563INT， 口線INT1、 TO用作行列鍵盤的行輸入埠 KEYROW, 口 線Tl作為數字溫度傳感器DS18B20的數據/控制埠 ， 口線WR、 RD 作為虛擬I2C bus (Inter-Integrated Circuit bus,內部集成電路總線)的 時鐘及串行數據線。
I2C總線是單片機應用系統中常用的串行擴展總線，可通過I2C總 線為單片機擴展多種外圍功能器件和外設。由於SST89E5X單片機沒 有配置硬體fC接口，因此，在本優選實施例中，利用WR、 RD兩根 口線，配合軟體代碼，構建了一套虛擬的I2C總線。軟體代碼是根據 fC協議設計的，可產生與標準^C總線一樣的工作時序，掛接在虛擬I2C總線上的器件包括串行E^ROM、實時鐘以及A/D轉換器。
本優選實施例中所使用的元器件型號及規格是LED數碼顯示 器為4位共陽型一體化顯示模塊；LCD點陣顯示器為128x64圖形顯 示模塊；行列鍵盤為2x8矩陣結構；蜂鳴器為無源壓電型；功率驅 動器使用L298晶片；數字溫度傳感器使用DS18B20型；紅外收發 器中的發射管為普通紅外發射管，接收管為一體化38KHz紅外接收 模塊；USB-232轉換器使用FT232和SP213晶片；串行E2PROM使 用AT24C1024晶片；實時鐘使用PCF8563T晶片；A/D轉換器使用 PCF8591晶片。
本實用新型優選實施例中提供的實驗板摒棄了使用並行總線擴 展外部存儲器的傳統模式，以較低的成本實現了仿真器、編程器和 應用板的一體化，大大降低了單片機系統開發門檻，可作為課堂教 學、單片機課程設計、畢業設計、課外電子實踐和電子竟賽訓練等 的通用目標板，通過大量案例學習和實踐訓練，可以使學生的應用 設計能力得到快速的提高。
該實驗板硬體資源豐富，通用性強，可支持多種基礎性、綜合性實 驗及設計、開發性項目。如果僅使用發光管、數碼管、按鍵、蜂鳴器等 常規外設便可進行流水燈、交通燈、音樂門鈴、電子琴、電子鐘、搶答 器、防盜報警器、電子密碼鎖、矩形波及PWM( Pulse Width Modulation, 脈沖寬度調製)波發生器、頻率計、電子遊藝機等實驗。如果再加上其 它不同組件，還可以設計很多實用項目，如紅外遙控器、障礙檢測器、 多路定時控制器、數字電壓表、任意波形發生器、數據記錄儀、流量檢 測儀、脈搏測試儀、水位控制器、溫度測控儀、目標跟蹤系統、串行總 線網絡模型、分布式數據採集系統、電梯控制系統、智能玩具車、簡易 機器人、數字錄放機、IC卡讀卡器、門禁系統等。
當然，本領域技術人員應該認識到，上述的實施例對本實用新型僅 起解釋而非限定的作用，倘若本實用新型的相應修改和變形屬於本實用 新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型的意圖也包含在 這些改動和變形中。
權利要求1.一種可在線編程與調試的單片機實驗板，包括主控器，其特徵在於所述主控器為單片機，並在其外圍連接有LED數碼顯示器、LCD點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴器、行列鍵盤、功率驅動器、串行E2PROM、實時鐘、A/D轉換器、數字溫度傳感器、紅外收發器、USB-232轉換器以及信號引出排針。
2. 根據權利要求1所述的單片機實驗板，其特徵在於所述單 片機為SST89E5X系列單片機。
3. 根據權利要求1所述的單片機實驗板，其特徵在於所述LED 數碼顯示器為4位共陽型一體化顯示模塊；所述LCD點陣顯示器為 128x64圖形顯示模塊；所述行列鍵盤為2x8矩陣結構；所述蜂鳴器 為無源壓電型；所述功率驅動器使用L298晶片；所述數字溫度傳感 器使用DS18B20型；所述紅外收發器中的發射管為普通紅外發射管， 接收管為一體化38KHz紅外接收模塊；所述USB-232轉換器使用 FT232和SP213晶片；所述串行E2pR0M使用AT24C1024晶片；所 述實時鐘使用PCF8563T晶片；所述A/D轉換器使用PCF8591晶片。
4. 根據權利要求1所述的單片機實驗板，其特徵在於進一步 包括用於在計算機軟體支持下進行單片機在線編程和調試的USB電 纜。
5. 根據權利要求1所述的單片機實驗板，其特徵在於進一步 包括與計算機的USB 口直接連接的電源輸入端。
6. 根據權利要求5所述的單片機實驗板，其特徵在於進一步 包括設置於所述電源輸入端的保險絲。
7. 根據權利要求1所述的單片機實驗板，其特徵在於進一步 包括外接電源插孔。
8. 根據權利要求1所述的單片機實驗板，其特徵在於進一步 包括由所述單片機的通用口線構建的串行擴展總線。
9. 根據權利要求8所述的單片機實驗板，其特徵在於所述串行擴展總線包括實現所述單片機與所述串行E2PROM、所述實時鐘、 所述A/D轉換器之間的連接的I2C總線。
專利摘要本實用新型公開了一種可在線編程與調試的單片機實驗板。該教學實驗板以SST89E5X系列單片機為主控器，並在其外圍配置了LED數碼顯示器、LCD點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴器、行列鍵盤、功率驅動器、串行E2PROM、實時鐘、A/D轉換器、數字溫度傳感器、紅外收發器、USB-232轉換器以及信號引出排針，可以在計算機軟體支持下對單片機進行在線編程和調試。該實驗板集仿真器、編程器和應用板於一體，具有體積小、成本低、可靠性高、可擴展性強等優點。
文檔編號G09B23/00GK201352395SQ20092000008
公開日2009年11月25日 申請日期2009年1月5日 優先權日2009年1月5日
發明者石建國 申請人:電子科技大學中山學院