多功能單片機實驗系統的研制

許洋

摘 要：單片機是大學生做實驗會用到的一種比較簡單的編程工具，單片機可以作為一種比較簡單的電腦使用，本文論述了多功能單片機的實驗系統研制。

關鍵詞：多功能單片機;實驗系統;研制

0 前言

單片機是計算機軟件和電子信息類的專業的必修課程，通過電子技術和C語言進行計算機編程實驗和教學，可以研究嵌入式的系統和DSP技術，單片機的學習必須通過親自動手做實驗來進行學習，有的高校的單片機不適合學生進行試驗教學，所以很多學生都缺乏單片機的操作經驗。因此學生只要從網站上購買現成的單片機來作為學習之用，因此學生缺少了自己動手的環節，所以對單片機的學習不會起到任何的幫助作用，隨意在這里介紹一種比較適合學生練習的單片機，他可以提高學生操作理解單片機的水平。

1 硬件設計

現在51系列單片機是一種主流產品，所以本套單片機系統按照這種系列單片機進行硬件的設計工作。單片機的中央處理器是51單片機，很多公司出品的單片機，如果在緊鎖坐上安裝轉接板就可以做成AVR單片機的實驗。如果主控器采用SST89單片機，它與KV軟件配合可以進行在線調試。除了串口和定時器以外仿真器的很多功能單片機都可以完成。所以同學們不用花大價錢去買仿真器，通過在線調試就可以進行單片機學習。

系統可以進行21項目實驗，其中有一些項目是單片機特有的項目，用學門可以通過段子對線路進行有效的控制，可以防止和其他的線路互相沖突。

1.1 電源

采用5伏直流供電可以自接從計算機USB接口取出來，也可以從外接進來。

1.2 下載接口

采用進口芯片進行電平轉換，對于大部分的51單片機，可以有下載功能。對于AT89系列的單片機可以通過USB下載程序。如果采用單片機作為控制器，可以通過串口下載程序。

1.3 輸入輸出設備

輸入輸出設備是單片機必須具備的設備，他可以進行人機對話。實驗系統必須有人機對話設備，比如LED流水燈、數碼管、字符液晶和蜂鳴器。

1.4 各種串行接口

過去的單片機采用擴展外圍系統，使用地址碼產生選擇信號，每個外設都有唯一的地址碼，使用并行線來進行外設所連接的單片機的芯片的引腳很多，隨著科技的發展，穿行總線技術得到了進步，它的傳輸速率隨著芯片的升級的到了提高，所以可以制造低成本多用途小型化的單片機。（1）UART串口，利用單片機的串口和計算機進行連接，或者單片機之間連接。（2）IC總線通過這個總線單片機科技訪問儲存器和時鐘。（3）PS接口利用計算機鍵盤作外擴鍵盤，可以用少量接口進行外擴。（4）WIRE單總線。用一個接口控制溫度傳感器，進行溫度測量。（5）SPI總線。完成單片機的通信功能，可以控制模塊實現短距離通信。

1.5 其他模塊

其他的模塊有繼電器、步進電機、直流電機、轉換器。（1）繼電器可以隔離弱電強電。（2）步進電機和直流電機有一個芯片驅動進行自動控制實驗，（3）A/D轉換利用芯片自帶的轉換器來進行轉換。（4）D/A轉換在輸出端家電組和電容形成低通電路。

2 軟件設計

單片機的設計語言已經不用匯編語言了現在采用的是C語言，隨著單片機電儲存器和數據儲存器的增加，嵌入式的系統里的操作系統，也在單片機系統里使用，為了方便同學們，提供了額很多的額實驗例題，共初學者進行練習。初學者可以先通過學習匯編語言，然后再學習C語言，如果還有時間就學習更多的編程語言。

2.1 匯編語言

匯編語言是一種指令性的人機對話語言，它的有點是速度快效率高還有可以節約內存。每個匯編指令都有相對應的機器碼，所以每一步要執行的命令很清楚，而且程序的大小和堆棧調用都比較方便，所以很容易調試。試驗系統提供的匯編語言每一行代碼都有注解，所有的變量和儲存器都在匯編文件前面進行定義，可以很方便的修改移植代碼。同學們用匯編語言來學習單片機，可以攝入的了解單片機的結構，掌握執行程序為以后學習C51或者移植系統打下基礎。

2.2 C51語言

C51是一種51芯片最好的語言，它有很好的功能代碼也很高，數據類型和運算符號都比較好，操作能力強具有編程快捷調試簡單目標代碼變異率高的特點，還有移植強的特點，所以的到了廣泛的應用，基于實驗的21個項目，都提供程序范例，對于關鍵部位進行注釋，程序所涉及的接口、晶體和儲存器都在文件頭上進行宏定義，同學們只要對文件頭進行修改就可以方便的移植其他程序。

2.3 SR51操作系統

這個操作系統是專門為51系列單片既機設計的一種人機對話語言，可以應用在沒有存儲器的51系統上。它有公開的代碼，可以移植、固話、有占先式RAM小的特點。相對于別的單片機有集中操作系統有一定的優勢，RT51的自身代碼有6KB需要大量的RAM由于沒有源代碼所以任務小還沒有優先級和中斷器。

如果要降低維護難度提高程序效率，就要把嵌入式的操作系統移植到單片機里面，移植以后軟件盈劍斗有一定的改變，同學們只要在系統里面進行編程就可以所以速度也比C51還要快。

2.4 OS操作系統

這種操縱系統有一個搶占式的實時的多任務內核，可以固話和剪輯具有很高的穩定性和可靠性，源代碼是公開的所以移植和編程都比較方便，這是一種比較常見的嵌入式的操作系統，但是對芯片的硬件要求很高。

STC12是一種單時鐘的周期單片機，內集成了60KB的存儲器還有數據存儲器，它的運行速度比較快，存儲的資源比較豐富，如果從程序開發和維護的角度出發，可以吧OS移植進去，移植的時候只要改編寫和處理器相關的代碼，有五個文件進行改編就可以進行移植了。

3 結語

在學習中自己制作單片機進行試驗，可以鍛煉學生們的動手能力，通過自己親自進行設計組裝調試單片機，可以完全的掌握單片機的硬件和軟件的構成，還可以嫻熟的運用匯編語言和C語言達到人機對話的交互式的效果。

參考文獻：

[1]丁兆蘭.淺析模塊化單片機實驗系統的開發[J].電子工程，2018.

[2]劉偉.單片機課程教學體系改革研究[C].2010：160-166.