多模块单片机实验系统设计
单片机系统设计与开发课程设计
单片机系统设计与开发课程设计一、课程背景单片机作为一种重要的嵌入式系统处理器，被广泛应用于电子信息领域中。
本课程旨在通过系统地学习相关基础知识并实践中巩固知识，培养学生在嵌入式系统开发中的能力。
二、课程目标1.掌握单片机系统的相关基础知识与开发方法。
2.能够熟练使用C语言进行单片机编程开发。
3.能够独立完成中小型嵌入式系统的设计和开发任务。
三、教学内容1.单片机系统硬件构成与原理。
2.单片机编程基础知识及C语言应用于单片机编程开发中的相关知识。
3.单片机系统设计的国内外典型案例分析。
4.嵌入式系统设计基础知识。
四、教学方法与手段1.以理论课为主，搭配实践和案例讲解。
2.采用模块化教学方式，便于学生理解知识点。
3.采用网络教学辅助教学，学生可自行学习相关知识。
4.实验室实践：构建实验平台，学生按照实验指导书进行实验，实践巩固所学知识。
五、教学计划第一周理论课1.单片机系统概述2.单片机基础知识3.单片机开发环境搭建实践1.LED亮灭实验2.蜂鸣器实验第二周理论课1.单片机中断与定时器基础知识2.定时器原理与应用3.中断原理与应用实践1.交通信号灯实验2.多功能定时器实验第三周理论课1.单片机口的输入输出实践1.灯的流水效果实验2.七段数码管实验第四周理论课1.单片机通信原理2.单片机串口通信实践1.串口通信实验第五周理论课1.单片机PWM原理与应用实践1.亮度可调LED实验2.电机控制实验六、考核方式1.课堂小测验2.实验报告3.期末大作业七、参考书目1.《嵌入式系统设计与开发》2.《单片机教程》3.《C程序设计教程》以上是本文档的全部内容，希望对单片机系统设计与开发课程感兴趣的读者有所帮助。
单片机原理及应用系统设计
单片机原理及应用系统设计单片机原理及应用系统设计单片机（Microcontroller，简称MCU）是集成了微处理器、存储器、输入/输出接口及其他功能模块的一种集成电路芯片，其内部包含了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、串口、ADC/DAC、中断控制器等多个功能模块，可用于控制系统、数据采集、嵌入式系统、家用电器、汽车电子等许多领域中。
单片机的组成结构主要包括中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM、EEPROM）、输入/输出接口（I/O）、时钟/定时器、中断/外部中断、串口通信、模拟输入/输出等模块。
其中，中央处理器是单片机的“心脏”，它执行单片机内部各种指令，进行逻辑运算、算术运算等操作；存储器用来存储程序和数据，ROM主要存储程序代码，RAM用来存储程序运行时所需的数据和临时变量；输入/输出接口是单片机和外部设备（如LED、LCD、继电器等）的链接带，通过输入输出接口可以实现单片机对外部设备的控制和监测；时钟/定时器用来产生精确定时信号，对于实时控制、时间测量、定时定量控制等应用非常重要；中断/外部中断是单片机的一种高效机制，在单片机运行过程中，如碰到紧急事件需要优先处理，可以启用中断机制，优先处理中断程序；串口通信用来实现单片机与另一台设备之间的通信功能，是单片机进行通信应用中较常用的接口；模拟输入/输出可实现单片机对外部采集信号的转换。
单片机的应用系统设计是单片机在应用领域中所体现出来的具体项目，包括了硬件和软件两个方面的内容。
硬件设计主要包括单片机的选型、外设的选择、电源设计、信号输入/输出设计等；软件设计则主要是对单片机进行编程，构造出相应的应用程序，实现对硬件系统的控制。
单片机在嵌入式系统中应用非常广泛，包括家用电器、工业自动化、汽车电子、医疗器械、安防监控等多个领域。
在家用电器中，单片机能够实现家电的自动控制、显示、调节等多种功能，如洗衣机控制、空调控制、电磁灶控制、电子钟表控制等；在工业自动化中，单片机的功能应用更为广泛，应用于生产线的控制、物流系统的管理、环保系统的监测、电子银行等多个领域；在汽车电子中，单片机的功能主要体现在行车电子控制系统、车载音响、泊车雷达系统等方面，具有多种控制、监测、显示、操作等功能；在医疗器械领域中，单片机主要应用于病人监测、给药控制、设备控制等多个方面，通过单片机系统的运行，实现对病情的掌控；在安防监控领域中，单片机系统具备事件监测、报警输出、视频监视等多种功能，使得安防系统可以实现更加精确、高效、智能的控制。
单片机课程设计 报告
《单片机应用设计报告》系别电子信息与电气工程系专业自动化班级 09 级 (1) 班姓名王杰王典老师储忠完成时间 2012年5月18日单片机原理及接口技术课程设计报告摘要：单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
MCS-51单片机是使用极为广泛的一款8位单片机，在此次实训中所用的单片机是美国Atmel公司生产的以8031为内核的AT89S52单片机。
实训分别以构建单片机最小系统版、74HC138流水灯、8255交通灯、8253方波、6N137光耦控制继电器等几个实验关键词：AT89S52 74HC138 8255A 8253 6N137 交通灯目录单片机原理及接口技术课程设计报告 (1)实验一构建单片机最小系统和实验环境熟悉 (3)1.1单片机的工作原理 (3)1.1.1单片机最小系统图 (3)1.1.2运算器简介 (4)1.1.3控制器简介 (5)1.1.4实验解析与总结 (7)实验二跑马灯实验及74HC138译码器 (7)2.1实验内容 (7)2.1.1实验原理 (8)2.1.2实验原理图 (8)2.1.3实验程序流程图 (9)2.1.4实验程序代码 (9)2.1.5完成后的效果图 (10)2.2实验总结 (10)实验三8255控制交通灯实验 (11)3.1实验内容 (11)3.1.3实验原理 (11)3.1.2实验原理电路图 (12)3.1.3程序流程图 (13)3.1.4实验程序代码 (13)3.1.5系统实现图 (15)3.2 8255A寻址原理 (15)3.3实验总结 (16)实验四8253方波实验 (17)4.1实验内容 (17)4.1.1实验原理图 (17)4.1.2实验原理电路图 (17)4.1.3程序流程图 (18)4.1.4程序流程代码 (19)4.1.4系统仿真 (20)4.2实验总结 (21)实训总结 (21)附录 (22)1 实验源程序 (22)2仿真系统电路原理图 (27)3硬件实物照片 (27)实验一构建单片机最小系统和实验环境熟悉1.1单片机的工作原理1.1.1单片机最小系统图单片机最小系统主要有外部晶振电路，系统复位电路以及供电电源组成。
单片机实验报告 附含说明书
第一章 DICE-5208K开发型单片机综合实验仪概述一、系统简介DICE-5208K型单片机实验系统由DICE-5208K开发型单片机综合实验箱、DICE-3000型仿真器、扩展卡和DICE-51仿真开发系统软件等组成。
是《MCS-51单片机原理与接口》、《单片机控制技术》、《C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应用》、《EDA》、《VHDL硬件描述语言》、《CPLD/FPGA应用基础》等课程教学的配套实验设备。
新增加了几乎所有最实用、新颖的接口电路（如1 WIRE /I2C/SPI总线等）和通讯类接口实验（如USB2.0通讯/TCP/IP网络通讯/CAN总线/红外线收发等）。
可进行MCS-51、C8051F嵌入式单片机、CPLD/FPGA等课程的开放式实验教学。
二、主要特点1.该实验系统配置DICE-3000型高性能MCS-51硬件仿真器，64K数据空间，64K程序空间全部开放，不占用CPU资源，采用双CPU模式，仿真CPU和用户CPU独立运行，上位仿真软件支持汇编、C语言、PL/M语言。
可运行于WIN98/2000/NT/XP操作系统平台。
2.实验系统带有ISP在线下载电路,学生在完成实验后可脱离仿真机和PC机独立运行学生自行设计的单片机系统。
（可在线编程AT89S51/52/53系列单片机）。
3.该实验系统可扩展C8051F020嵌入式实验开发模块, 并配有DICE-EC5型USB高速通讯仿真器，通过4脚的JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在线系统调试、仿真；集成开发环境支持Silicon Labs IDE和KEIL C软件。
4.该实验系统可扩展CPLD/FPGA模块,并配有相应的并口下载电路,轻松变成一台EDA实验开发平台。
5.该实验系统可扩展“数控式电子演示装置”,该装置是本公司的专利产品,结合上位演示软件和USB接口,可为该实验系统扩展多达十五个生动、形象、复杂的实验,其中大部分是闭环实验,实验践性非常强。
单片机实验系统中GSM_GPRS实验模块的设计与应用_柳青
第16卷第2期广州航海高等专科学校学报V o.l 16 N o .22008年6月J OURNAL OF GUANGZ HOU MARI TI M E COLLEGEJ un .2008文章编号:1009-8526(2008)02-0043-04单片机实验系统中GS M 、GP RS 实验模块的设计与应用柳 青1,戴立坤2(1.广州航海高等专科学校计算机与信息工程系,广东广州510725;2.江苏海事职业技术学院信息工程系,江苏南京211170)摘 要:以单片机实验系统中GSM 、GPRS 模块的应用为例,介绍单片机应用于移动通信教学实验的一个解决方案.关键词:无线通信;单片机实验系统;GS M;GPRS中图分类号:TN915 文献标识码:A收稿日期:2007-09-24作者简介:柳 青(1949)),男,教授,主要从事计算机网络技术、计算机应用、数据与信息管理的教学与研究.目前的数字蜂窝通信系统GS M 包括2个并行的系统:GS M 900和DCS1800,2个系统功能相同,主要是频率不同.GS M 系统主要由移动台(M S)、基站子系统(BS)和基站控制器(BSC)等部份组成[1].其中1)移动台:便携台(手机)或车载台,由用户识别模块(SI M 卡)和硬件设备(GS M 模块)组合而成;2)基站子系统(BS):由传输无线信号的各种硬件设备和软件组成,如发射机、接收机、天线等.一个城市内通常设有许许多多的基站;3)基站控制器(BSC ):基站收发台和移动交换中心之间的连接点,并为基站收发台和操作维修中心之间交换信息提供接口.一个基站控制器通常控制几个基站收发台,主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫、通信链路的建立和拆除,并为本控制区内移动台的过区切换进行控制等.本文介绍利用单片机实验系统进行移动通信实验,该产品已在/汽车防盗实时监控报警系统0的产品开发中得到应用.本实验局限于移动台的物理设备,包括无线通信模块和SI M 卡两部份.其中,无线通信模块可以进行的通信实验包括GSM 和GPRS 两部份.1 GS M 与GP R SGPRS (Genera l Packet Rad i o Ser v ice ,通用无线分组业务)是一种基于GSM 系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线I P 连接.GS M 采用拨号的电路交换数据传送方式,GPRS 采用分组交换技术,具有/实时在线0、/按量计费0、/快捷登录0、/高速传输0、/自如切换0的优点.从应用的角度看,GS M 与GPRS 主要有以下区别:¹访问速度:GS M 为9.6kbps ,GPRS 大于56kb -ps ;º建立通信的连接时间:GS M 需要10~30s ,GPRS 只需要极短的时间;»计费:GS M 按连接时间计费,GPRS 按数据流量计费.可见,GPRS 对网络资源的利用率远远高于GS M.GPRS 的优点:¹高速数据传输,GPRS 的数据传送速度是GS M 的10倍,且可以稳定地传送大容量的音频与视频信号.GS M 移动通信网的传输速度一般为每秒9.6K 字节,GPRS 的传输速度可以达到115Kbps ,是常用56Kmode m 理想速率的2倍.ºGPRS 建立连接后永远保持连接,无需为每次数据访问再建立呼叫连接,使用户随时与网络保持联系.通俗地说,GPRS 可以做到/通话、上网两不误0.»GPRS 按数据流量计费,GS M 按接通时间计费.GPRS 支持用户在进行数据传输的同时进行语音通话.2 G S M 、GPRS 实验电路[2-3]GS M 、GPRS 模块的接线图如图1所示,实验电路由GS M 、GPRS 模块U2和右边的SI M 卡两部份电路组合而成.设计要点如下:44 广州航海高等专科学校学报第16卷图1 GS M 、G PR S 实验电路图1)GS M 、GPRS 模块U2的选型要点:主要考虑的模块的典型性、可靠性、兼容性、节电性和降低成本等因素.为此,选用国产的H ua W e iGTM 900模块.除此之外,还可以采用SI M E M S 公司的TC35、M C35等模块,以提高实验板的适应性和实用性.2)GS M 、GPRS 模块的外围电路设计要点:¹模块的电源应具有不小于1.5A 的供电能力.虽然模块正常工作电流为50mA 左右(3.9V),但模块建立连接时需要不小于1.5A 的瞬间电流.为此,电源供给电路必须有大容量的滤波电解电容.根据经验,该电容不能小于2000L F .º多数应用场合中,模块的串口只有RXD 、TXD 引脚有用,其它引脚一般不用.不用的串口引脚可以悬空处理,但RTS 、DTR 引脚不能悬空,必需用电阻R7、R8接地,如图2所示.»模块的启动信号I G T.GS M 、GPRS 模块的充电过程要求I GT 引脚提供一个正脉冲的启动信号,该信号由单片机的I/O 线提供.为便于实验,设计了图2所示的启动电路,实现/向模块通电即可启动0.实践证明这是行之有效的.图2 SI M 卡的结构及引脚定义图3)SI M 接口电路,S I M 卡是GSM 、GPRS 通信系统中的/用户识别模块0,用于识别用户、存储各种数据以及计费.实质上,SI M 卡是一个微型的单片机控制的I C 卡,由CPU 、随机存储器RAM 、程序存储器ROM 、数据存储器EEPROM 和串行通信口等组成,工作电压为2.8V.图2是SI M 卡的结构和引脚定义图.其中,引脚1和4为单片机的电源供给,引脚2为复位信号,引脚3为时钟脉冲,引脚5为编程电压,引脚6为输入/输出线,引脚7和8通常不用(可用于SI M 卡是否接入的识别信号).SI M 卡上的各个触点与GSM 、GPRS 模块本身的SI M 接口线连接(见图1).图中,C13、C14、C15、C16为滤波电容.4)辅助电路,图1中LED2是GS M 模块是否已经建立连接的指示灯,由模块引脚SYNC 提供的脉冲信号通过Q 1(NP N )点亮,R9可以调节LED2的亮度.LED2的电源电压VDD 为2.8V.必需说明,如果不安装该部分电路,不会影响GS M 、GPRS 模块U2的正常工作.3 G S M 语音通话实验的电路图GS M 语音通话实验的电路图如图3所示,任务是把GSM 模块天线上接收到的语音信号转变为可第2期柳青等:单片机实验系统中GS M、G PR S实验模块的设计与应用45以用耳机接听的音频信号.图中,J5选用一个标准的电话手柄插座,以便把普通电话机手柄直接插入J5中进行语音通话.电话机手柄M I C中的偏置电压由+5V电源通过电阻R22、R25、R23、R24提供, L2、L3是语音接听电路中的滤波电感.4与微机超级终端连接的电平转换电路图4所示电平转换电路图是GS M、GPRS模块实验必不可少的.其中,U3(MAX202)为电平换器蕊片,任务是把实验板上GS M模块的TTL电平转变为微机串口所需的RS232电平.U3的第10、9脚分别与GS M模块的RXD、TXD连接(TTL电平),U2的第14、8脚为RS232电平,分别与微机串口COM1中的TXD、RXD连接;J3为微机串口COM2,用于/网络串口实验0.46广州航海高等专科学校学报第16卷5实验电路的应用以上实验电路可进行GS M模块实验与GPRS 模块实验.5.1GS M实验要点GS M模块实验主要包括两部份:语音通信实验和收发短信SM S实验.1)GS M模块的上电过程:为便于观察,使用带电流表的12V稳压电源.GS M模块刚刚上电时,由于模块要/拔号上GS M网络0,拔号上网过程的瞬间电流很大(约1.5A),维持时间很短(约200m s),称为/瞬间脉冲电流0.上网建立连接后,GS M模块的维持工作电流约50mA左右.GS M模块的上电过程可以从电流表的电流变化中得到证实.2)检查GS M模块正常工作的基本参数:检查GS M模块的供电电压是否+3.9V,检查S I M卡第二脚的工作电压是否+2.8V.3)检查GS M模块是否与微机超级终端建立了连接.主要检查GS M模块与微机超级终端的电平转换电路(图4)是否正常工作.方法:在微机键盘上键入AT并按回车键,如果在显示器上可以看到AT和OK,表示GS M模块与微机超级终端的连接正常,这是进行实验的重要保证.所有GS M模块都通过模块上的串口引脚RXD、TXD进行工作,且所有GS M模块都用AT命令进行控制,不同品牌和型号的GS M模块,其GS M 通信的AT命令基本相同,不同部分只是涉及有关GPRS通信的AT命令.4)语音通信实验方法:从微机键盘键入语音通信的AT命令/ATDxxxxxxxxxxx;0,按回车键.其中, /xxxxxxxxxxx0为对方的十一位手机号,/;0为手机号的结束符.5)短信通信的实验方法:从微机键盘键入发送短信的AT命令/AT+C MGS=-xxxxxxxxxxx.0,按回车键.其中,/xxxxxxxxxxx0为对方的十一位手机号.接收短信的方法:从微机键盘键入接收短信的AT命令/AT+C MGR=10,按回车键.其中,/10为短信索引号.5.2GPRS通信实验的有关AT命令(适用于H ua W ei GT M900模块)a t+cgdcont=1,/ip0,/c m net0<CR>a%t etcp i p<CR>a%t i o m ode=0<CR>a%t ioopen=/udp0,/xxx.xx.xx.xx0,9999<CR >(xxx.xx.xx.xx为I P地址)a%t i p send=/<aaaa>0<CR>a%t i p close=1<CR>说明:GPRS通信实验需要建立TCP/I P连接.参考文献:[1]魏红.移动通信技术[M].北京:人民邮电出版社,2005:30-150.[2]文志成.GP RS网络技术[M].北京:电子工业出版社,2005:1-30.[3]钟章队.GPRS通用分组无线业务[M].北京:人民邮电出版社,2001:1-20.DESI GN AND APPLICATI ON OF EXPER IM ENTAL MODULE OF GS M AND GPR S IN ONE-CH IP COM PUTER TEST S YSTE MLIU Q i n g1,DA I L-i kun2(1.D epart m ent o f Co m puter Sc ience and Infor m a ti o n Techno l o gy,GuangzhouM ariti m e Co llege,Guangzhou Guangdong510725,Ch i n a;2.D epart m en t o f Infor m ati o n and Eng i n eering,JiangsuM ariti m e Instit u te,Nan ji n g Jiangsu211170,Ch i n a)Abst ract:Taking the app li c ation o f experi m entalm odu le of GS M and GPRS i n One-ch i p Co m puter test syste m for exa m ple,a so lution of apply i n g One-chip Co m puter to i n struction experi m ent ofm ob ile co mmunicati o n is intr oduced hereby.K ey w ords:w ireless co mmunication;One-chip Co m puter test syste m;GSM;GPRS。
单片机系统设计报告范文
单片机系统设计报告范文1. 引言本报告介绍了一个基于单片机的系统设计。
本项目旨在设计一个可靠、高效的控制系统，能够实现某一特定功能。
本报告将详细介绍系统的设计目标、硬件设计和软件设计，并对系统进行评估和讨论。
2. 设计目标本项目的设计目标是实现一个智能温湿度控制系统。
系统的主要功能包括实时监测环境的温度和湿度，并根据设定的阈值自动控制温湿度，保持舒适的环境条件。
3. 硬件设计3.1. 主控单元本系统选择了常用的基于单片机的主控单元，采用XMC4500系列单片机。
此单片机具有高性能、低功耗和多种外设接口的特点，非常适合本项目的需求。
3.2. 传感器模块为了实时监测环境的温湿度，我们选择了DHT11温湿度传感器。
该传感器具有较高的精确度和良好的稳定性，可以通过串口和单片机进行数据交互。
3.3. 人机交互模块为了方便用户对系统进行设定和操作，本系统设计了一个人机交互模块。
该模块包括一个液晶显示屏和几个按键，通过显示屏和按键可以实现菜单显示和参数设定功能。
3.4. 控制模块为了控制温湿度，本系统设计了一个控制模块。
该模块通过与主控单元的通信，接收来自传感器模块的数据，并实施相应的控制策略，如开关空调、加湿器等来维持设定的温湿度。
4. 软件设计4.1. 软件架构本系统的软件设计采用了模块化的结构。
主控单元的软件主要分为三个模块：传感器模块、人机交互模块和控制模块。
每个模块都有相应的功能函数，通过调用这些函数来实现不同的功能。
4.2. 传感器模块传感器模块负责实时读取温湿度传感器的数据，并将数据发送给主控单元。
为了增加系统的稳定性，我们设计了数据校验和容错机制。
4.3. 人机交互模块人机交互模块负责显示菜单和接收用户的操作。
用户可以通过按键来选择菜单和设定参数。
我们设计了一个菜单管理器和按键管理器来实现该模块的功能。
4.4. 控制模块控制模块根据传感器模块提供的数据和用户设定的参数，实施相应的控制策略。
例如，当温度超过设定值时，控制模块会发送控制信号给空调，打开空调降低室内温度。
单片机技术应用实训装置
单片机技术应用实训装置在现代电子技术领域，单片机作为嵌入式系统的核心部件，广泛应用于各类智能控制系统中。
单片机技术应用实训装置作为一种重要的教学工具，对于培养电子工程师和技术人员具有至关重要的作用。
本文将对单片机技术应用实训装置的设计理念、关键技术、应用实例以及未来发展方向进行详细探讨。
一、单片机技术应用实训装置的设计理念系统性与完整性：实训装置应涵盖单片机系统的基本组成部分，如中央处理器、内存、输入输出接口等，提供一个系统化的实验环境，使学生能够全面理解单片机的工作原理。
实用性与操作性：装置的设计应注重实用性和操作性，确保学生在进行实验时能够通过实际操作加深对理论知识的理解。
例如，设计应考虑到简洁明了的实验操作步骤和详细的实验指导手册。
模块化与扩展性：设计应充分考虑模块化和扩展性，便于在实验中进行不同功能的扩展和升级。
例如，通过设计可插拔的扩展模块，学生可以在同一平台上完成多种不同的实验项目。
安全性与可靠性：实验装置的安全性和可靠性是设计的重要考虑因素。
应采取必要的保护措施，防止因操作不当引发的安全问题，并确保设备在长时间使用中的稳定性。
二、单片机技术应用实训装置的关键技术单片机芯片的选择与应用：选择合适的单片机芯片是设计实训装置的基础。
常用的单片机芯片如51系列、AVR系列和STM32系列，各具特点。
选择时需要综合考虑芯片的性能、功能需求以及教学目标。
硬件电路设计：硬件电路设计是单片机实训装置的核心。
设计过程中需合理布局电路板上的各个组件，确保信号传输的稳定性和电路的可靠性。
硬件电路设计还包括对各种外部接口的配置，如GPIO接口、USART接口、ADC/DAC接口等。
软件开发与调试：软件开发是单片机技术应用的重要环节。
实训装置通常配备了专用的开发环境和编程工具，学生可以通过编写程序来控制硬件设备，进行各种实验任务。
软件调试技术包括代码编写、编译、和调试等过程。
实验项目的设计与实现：设计有效的实验项目是实训装置成功的关键。
多模块单片机实验系统设计
其功能 比较单一， 与别的实验系统之间也毫无联系 ， 能够完成 的实验 ３１基本模块 ． 都是 单一 的单 片机实验 。当前实验 室中一般都有 多种 实验 设备， 如 Ｌ Ｄ显示 由 ８个简单的发光二极管组成 ，直接由 Ｐ Ｅ １口进行控 Ｅ Ａ实验箱、 电实验箱、 ０ 模 数电实验箱、 信号处理实验箱等。如何使得 制，电路 简单这里就不给 出了。Ｌ Ｄ显 示除了要能够显示简单 的 Ｃ
单 片机 实验 系统 在 现有 的 实验 条 件下 ， 够进 行 更 多 、 复杂 的 实验 ， 能 更
图 ４ 串 口通 信
图 ５ 测温芯片
图 １ 单片机实验系统 电源模块
步 进 电 机和 继 电器 的驱 动 需 要较 大 的 电流 ，直接 用 单 片机 的 引
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多模块单片机实验系统设计
设计一种单片机实验系统，针对单片机实验系统的应用要求，采用模块化的设计方法，使得实验系统能够支持多种不同的应用，扩展方便，同时能够与多种实验系统兼容，在日常的教学实验和研发中应用广泛。
标签：单片机实验系统多模块
单片机作为一门实践性很强的专业课程，平时的实验练习不可缺少。
因此作为实验载体的实验系统非常重要。
常规的单片机实验系统，其功能比较单一，与别的实验系统之间也毫无联系，能够完成的实验都是单一的单片机实验。
当前实验室中一般都有多种实验设备，如EDA实验箱、模电实验箱、数电实验箱、信号处理实验箱等。
如何使得单片机实验系统在现有的实验条件下，能够进行更多、更复杂的实验，利用更多的实验设备，多模块实验系统为我们指出了一种设计思路。
针对实验室的条件，设计了一种模块化的单片机实验系统，可以利用现有的多种实验设备，提高单片机实验系统的灵活性和利用率。
其主要模块有电源模块、核心模块、功能模块、下载模块等，下面分别介绍。
1 电源模块
作为单片机实验系统的供电部分，电源模块非常重要，直接关系到系统的稳定，为了便于扩展，同时方便实验，电源模块采用多种方式供电。
利用跳线或者开关进行选择，其电路图如图1所示。
利用外部供电时电源通过J1输入，当电压大于5V时，一般常见的有9V和12V，需要将J2跳线拔掉；当电源为5V时，将跳线闭合，直接供电。
同时实验系统还可以通过USB直接供电，外部供电和USB供电的切换通过开关S1来实现，为了保护电脑，在USB供电中增加了保险丝。
2 CPU模块
CPU模块是单片机实验系统的中心，也即芯片所在的部分，为了能够最大限度的利用实验系统的资源，本核心模块采用锁紧卡座设计，便于芯片的安装与卸载，并且将卡座的40个引脚全部引出，便于进行二次开发。
同时设计了两种不同的复位电路，以适应普通的51单片机和A VR单片机，使得实验系统能够支持两种不同的单片机进行实验。
在设计时，主要通过一个跳线实现不同的复位电平，如图2所示。
可以通过跳帽来选择51单片机的高电平复位和A VR单片机的低电平复位，而芯片本身的引脚差异可以通过一个小转换板子来实现，主要将I/0口对应起来，一些功能引脚进行转换即可，通过这种处理方式，可以在一个实验平台上调试两种不同的单片机系统，大大提高了外设的利用率。
3 功能模块
作为单片机实验系统，主要作用就是用来进行单片机实验，因此功能模块的设计是至关重要的，本实验系统的功能模块主要由两大部分组成:第一部分由能发光，发声，能触摸的组件构成，如LED显示、LCD显示、数码管、蜂鸣器、按键等组成；第二部分由串口、测温芯片、PS2接口、步进电机、继电器、AD/DA 等扩展功能模块组成。
3.1 基本模块
LED显示由8个简单的发光二极管组成，直接由P1口进行控制，电路简单这里就不给出了。
LCD显示除了要能够显示简单的1602液晶外，还需要能够兼容128x64液晶，因此这里利用相同的数據接口，不同的插座来满足这个需要，如图3所示。
数码管采用动态扫描的方式来驱动，其中位选端利用74HC138译码器通过译码实现，段选端利用P0口连接74HC573实现。
按键模块采用键盘矩阵来实现，利用P3口来驱动。
其中P3口的低四位接矩阵的行，P3口的高四位接矩阵的列，可以实现4X4共16个按键的矩阵。
3.2 扩展模块
扩展部分的串口通信通过芯片MAX232来实现，在单片机的RXD和TXD 引脚上连接了两个发光二极管，在进行通信是可以通过观察LED的发光情况来判断通信是否进行，如图4所示。
测温功能利用芯片DS18B20来实现，此芯片连接非常简单，只需要一个引脚就可以控制，如图5所示。
步进电机和继电器的驱动需要较大的电流，直接用单片机的引脚无法驱动，这里采用ULN2003这个芯片，电路连接见图6。
需要注意的是，P0口驱动时，必须接上拉电阻，否则驱动会有问题。
AD/DA采集模块采用PCF8591来实现，PCF8591是一款单电源、低功耗8位COMS型A/D、D/A转换芯片，其正常工作电源电压范围为2.5V~6V；通过I2C总线完成数据的输入/输出；4路模拟量输入可编程为单端输入或差分输入；可配置转换通道号自动增加功能；8位逐次逼近A/D转换；带有一路模拟量输出的乘法D/A转换，限于篇幅电路图就不给出了。
4 下载调试模块
单片机实验过程中，需要不断进行程序调试和下载，为了方便实验，也为了防止下载电缆的丢失和损坏，将下载模块集成到实验系统上。
在实验时只需要一根USB连接线就可以连接到实验系统上进行供电和下载。
下载调试模块利用ATMega8芯片，模拟USB接口可以对常见的AT89S51，AT89S52，以及A VR芯片进行下载。
5 总结
本文设计的单片机实验系统，在日常的实验中，不但可以单独作为单片机实验使用，因为各个模块的独立性，还可以与别的实验系统，如PLD，模电、数电等实验系统进行综合实验，而且每个模块是可以独立分开的，便于后续的开发和修改.经实践证明，该实验系统具有较高的实用价值，在日常的教学和实验中发挥了重要作用。
参考文献：
[1]邹应全，刘建成.模块化单片机实验系统的设计与实现[J].南京信息工程大学学报：自然科学版.2010，2(2):185-189.
[2]陈鉴富.单片机实验系统的研制[J].中国现代教育装备.2008，3:90-92.
[3]李丹峰，龙迎春.单片机应用系统教学实验装置的开发[J].实验室研究与探索.2000，5：84-86.
江苏经贸职业技术学院科研基金资助项目，课题编号2010133.
董李江(1981-)，江苏经贸职业技术学院，工程技术学院，讲师，工学硕士，主要研究方向：单片机及其应用。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。