劉延東，梁 超，董德帥

(遼寧大學輕型產(chǎn)業(yè)學院，遼寧沈陽 110136)

隨著計算機技術和微電子計算的發(fā)展，單片機在工業(yè)控制、家用電器、智能化儀器儀表等領域得到了廣泛應用［1］。因此，單片機作為一門專業(yè)課程，具有實踐性、綜合性強的特點［2］?，F(xiàn)有的單片機教學演示板，功能模塊較為復雜，程序代碼不公開，制作成本較高［3－4］。

針對現(xiàn)有單片機開發(fā)板的問題，設計了一種功能針對性強、結(jié)構簡單、成本低廉的單片機教學演示板［5－6］，其功能模塊與教學內(nèi)容緊密結(jié)合，公開程序代碼，設計思路清晰便于理解［7］。

1 單片機教學演示板的總體設計

在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機以高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應用，是設計智能化儀器儀表的首選［8］。單片機結(jié)合簡單的接口電路即可構成單片機最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎，也是測控，監(jiān)控的重要組成部分。

1.1 單片機最小系統(tǒng)的電路設計

本教學演示板以80C51，8279和ADC0804等芯片構成的最小單片機系統(tǒng)，其原理如圖1所示。80C51是本單片機演示板的核心，其通過8279掃描鍵盤得到操作信息，經(jīng)程序指令處理，實現(xiàn)模塊功能［9］。8279是用于控制鍵盤和顯示功能塊的芯片，可按其功能分為鍵盤功能塊、顯示功能塊、控制功能塊與CPU接口功能塊?？刂乒δ軌K包括控制和定時寄存器以及掃描計數(shù)器3部分。單片機系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能通過ADC0804芯片實現(xiàn)的，ADC0804芯片是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為100μs，輸入電壓范圍為0～5 V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5 V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當與計算機連接時，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。

圖1 單片機系統(tǒng)的電路原理圖

1.2 界面設計

設計的單片機演示版以80C51作為CPU進行系統(tǒng)擴展，并將存儲器、I/O口擴展、定時器、串行口通訊、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、鍵盤與顯示等多種功能模塊集成于一體。

本單片機實驗教學板界面主要由以下幾部分組成:2位數(shù)碼管;8位數(shù)碼管;A/D功能鍵;D/A功能鍵;PI口功能鍵;時鐘功能鍵;顯示功能鍵;“0”按鍵;“1”按鍵;復位鍵;電阻調(diào)節(jié)旋鈕;8組紅色指示燈;8組綠色指示燈;8組開關。圖2為本系統(tǒng)硬件結(jié)構布局;圖3為單片機演示板的實物圖。

圖2 硬件結(jié)構布局

圖3 單片機演示板實物圖

2 程序設計及仿真實驗

在單片機實驗系統(tǒng)中，軟件設計與硬件設置同樣重要。系統(tǒng)硬件電路確定后，主要功能由軟件實現(xiàn)。分別設計了初始化，P/I顯示，A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換，時鐘，共陽極和共陰極顯示功能模塊。程序設計具有易理解、易維護、實時性和可靠性強等特點［10］。

2.1 初始化程序及仿真結(jié)果

通電后，數(shù)碼管顯示LNU—80C51，時間為5 s;此時，紅綠指示燈均不亮。5 s后，顯示“8”循環(huán)，等待輸入。主程序流程圖如圖4所示。根據(jù)主程序流程圖編寫程序，用 Proteus軟件進行仿真［11］，其仿真結(jié)果如圖5所示。

圖4 主程序流程圖

圖5 初始化仿真結(jié)果

2.2 A/D軟件設計及仿真結(jié)果

按下“A/D功能鍵”，狀態(tài)為等待輸入。再按“A/D功能鍵”，此時兩位數(shù)碼管顯示模擬電壓，8位數(shù)碼管顯示與之對應的輸出數(shù)字電壓的二進制碼;當調(diào)整“電阻調(diào)節(jié)鍵”時，數(shù)碼管顯示的內(nèi)容隨之發(fā)生改變，軟件流程如圖6所示。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換流程圖編寫程序，用 Proteus軟件進行仿真，仿真結(jié)果如圖7所示。

圖6 A/D轉(zhuǎn)換流程圖

圖7 A/D轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果

3 結(jié)束語

設計的基于80C51單片機教學演示板，完成了對單片機各功能模塊的設計，滿足了教學需求。利用Proteus軟件進行仿真實驗，實驗結(jié)果驗證了設計的可行性和有效性。

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