基于80C51單片機(jī)的教學(xué)演示板設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子計(jì)算的發(fā)展，單片機(jī)在工業(yè)控制、家用電器、智能化儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，單片機(jī)作為一門專業(yè)課程，具有實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。現(xiàn)有的單片機(jī)教學(xué)演示板，功能模塊較為復(fù)雜，程序代碼不公開，制作成本較高。

針對(duì)現(xiàn)有單片機(jī)開發(fā)板的問題，設(shè)計(jì)了一種功能針對(duì)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的單片機(jī)教學(xué)演示板，其功能模塊與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，公開程序代碼，設(shè)計(jì)思路清晰便于理解。

1 單片機(jī)教學(xué)演示板的總體設(shè)計(jì)

在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選。單片機(jī)結(jié)合簡(jiǎn)單的接口電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測(cè)控，監(jiān)控的重要組成部分。

1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

本教學(xué)演示板以80C51，8279和ADC0804等芯片構(gòu)成的最小單片機(jī)系統(tǒng)，其原理如圖1所示。80C51是本單片機(jī)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(shí)現(xiàn)模塊功能。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。控制功能塊包括控制和定時(shí)寄存器以及掃描計(jì)數(shù)器3部分。單片機(jī)系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能通過ADC0804芯片實(shí)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(shí)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(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，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。

1.2 界面設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的單片機(jī)演示版以80C51作為CPU進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，并將存儲(chǔ)器、I/O口擴(kuò)展、定時(shí)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(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)鐘功能鍵;顯示功能鍵;“0”按鍵;“1”按鍵;復(fù)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(guān)。圖2為本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)布局;圖3為單片機(jī)演示板的實(shí)物圖。

2 程序設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)

在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)置同樣重要。系統(tǒng)硬件電路確定后，主要功能由軟件實(shí)現(xiàn)。分別設(shè)計(jì)了初始化，P/I顯示，A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘，共陽極和共陰極顯示功能模塊。程序設(shè)計(jì)具有易理解、易維護(hù)、實(shí)時(shí)性和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。

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(shí)間為5 s;此時(shí)，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Pro teus軟件進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果如圖5所示。

2.2 A/D軟件設(shè)計(jì)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(shí)兩位數(shù)碼管顯示模擬電壓，8位數(shù)碼管顯示與之對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字電壓的二進(jìn)制碼;當(dāng)調(diào)整“電阻調(diào)節(jié)鍵”時(shí)，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(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖7所示。

3 結(jié)束語

設(shè)計(jì)的基于80C51單片機(jī)教學(xué)演示板，完成了對(duì)單片機(jī)各功能模塊的設(shè)計(jì)，滿足了教學(xué)需求。利用Proteus軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性和有效性。