多功能单片机实验系统的研制

许洋

摘 要：单片机是大学生做实验会用到的一种比较简单的编程工具，单片机可以作为一种比较简单的电脑使用，本文论述了多功能单片机的实验系统研制。

关键词：多功能单片机;实验系统;研制

0 前言

单片机是计算机软件和电子信息类的专业的必修课程，通过电子技术和C语言进行计算机编程实验和教学，可以研究嵌入式的系统和DSP技术，单片机的学习必须通过亲自动手做实验来进行学习，有的高校的单片机不适合学生进行试验教学，所以很多学生都缺乏单片机的操作经验。因此学生只要从网站上购买现成的单片机来作为学习之用，因此学生缺少了自己动手的环节，所以对单片机的学习不会起到任何的帮助作用，随意在这里介绍一种比较适合学生练习的单片机，他可以提高学生操作理解单片机的水平。

1 硬件设计

现在51系列单片机是一种主流产品，所以本套单片机系统按照这种系列单片机进行硬件的设计工作。单片机的中央处理器是51单片机，很多公司出品的单片机，如果在紧锁坐上安装转接板就可以做成AVR单片机的实验。如果主控器采用SST89单片机，它与KV软件配合可以进行在线调试。除了串口和定时器以外仿真器的很多功能单片机都可以完成。所以同学们不用花大价钱去买仿真器，通过在线调试就可以进行单片机学习。

系统可以进行21项目实验，其中有一些项目是单片机特有的项目，用学门可以通过段子对线路进行有效的控制，可以防止和其他的线路互相冲突。

1.1 电源

采用5伏直流供电可以自接从计算机USB接口取出来，也可以从外接进来。

1.2 下载接口

采用进口芯片进行电平转换，对于大部分的51单片机，可以有下载功能。对于AT89系列的单片机可以通过USB下载程序。如果采用单片机作为控制器，可以通过串口下载程序。

1.3 输入输出设备

输入输出设备是单片机必须具备的设备，他可以进行人机对话。实验系统必须有人机对话设备，比如LED流水灯、数码管、字符液晶和蜂鸣器。

1.4 各种串行接口

过去的单片机采用扩展外围系统，使用地址码产生选择信号，每个外设都有唯一的地址码，使用并行线来进行外设所连接的单片机的芯片的引脚很多，随着科技的发展，穿行总线技术得到了进步，它的传输速率随着芯片的升级的到了提高，所以可以制造低成本多用途小型化的单片机。（1）UART串口，利用单片机的串口和计算机进行连接，或者单片机之间连接。（2）IC总线通过这个总线单片机科技访问储存器和时钟。（3）PS接口利用计算机键盘作外扩键盘，可以用少量接口进行外扩。（4）WIRE单总线。用一个接口控制温度传感器，进行温度测量。（5）SPI总线。完成单片机的通信功能，可以控制模块实现短距离通信。

1.5 其他模块

其他的模块有继电器、步进电机、直流电机、转换器。（1）继电器可以隔离弱电强电。（2）步进电机和直流电机有一个芯片驱动进行自动控制实验，（3）A/D转换利用芯片自带的转换器来进行转换。（4）D/A转换在输出端家电组和电容形成低通电路。

2 软件设计

单片机的设计语言已经不用汇编语言了现在采用的是C语言，随着单片机电储存器和数据储存器的增加，嵌入式的系统里的操作系统，也在单片机系统里使用，为了方便同学们，提供了额很多的额实验例题，共初学者进行练习。初学者可以先通过学习汇编语言，然后再学习C语言，如果还有时间就学习更多的编程语言。

2.1 汇编语言

汇编语言是一种指令性的人机对话语言，它的有点是速度快效率高还有可以节约内存。每个汇编指令都有相对应的机器码，所以每一步要执行的命令很清楚，而且程序的大小和堆栈调用都比较方便，所以很容易调试。试验系统提供的汇编语言每一行代码都有注解，所有的变量和储存器都在汇编文件前面进行定义，可以很方便的修改移植代码。同学们用汇编语言来学习单片机，可以摄入的了解单片机的结构，掌握执行程序为以后学习C51或者移植系统打下基础。

2.2 C51语言

C51是一种51芯片最好的语言，它有很好的功能代码也很高，数据类型和运算符号都比较好，操作能力强具有编程快捷调试简单目标代码变异率高的特点，还有移植强的特点，所以的到了广泛的应用，基于实验的21个项目，都提供程序范例，对于关键部位进行注释，程序所涉及的接口、晶体和储存器都在文件头上进行宏定义，同学们只要对文件头进行修改就可以方便的移植其他程序。

2.3 SR51操作系統

这个操作系统是专门为51系列单片既机设计的一种人机对话语言，可以应用在没有存储器的51系统上。它有公开的代码，可以移植、固话、有占先式RAM小的特点。相对于别的单片机有集中操作系统有一定的优势，RT51的自身代码有6KB需要大量的RAM由于没有源代码所以任务小还没有优先级和中断器。

如果要降低维护难度提高程序效率，就要把嵌入式的操作系统移植到单片机里面，移植以后软件盈剑斗有一定的改变，同学们只要在系统里面进行编程就可以所以速度也比C51还要快。

2.4 OS操作系统

这种操纵系统有一个抢占式的实时的多任务内核，可以固话和剪辑具有很高的稳定性和可靠性，源代码是公开的所以移植和编程都比较方便，这是一种比较常见的嵌入式的操作系统，但是对芯片的硬件要求很高。

STC12是一种单时钟的周期单片机，内集成了60KB的存储器还有数据存储器，它的运行速度比较快，存储的资源比较丰富，如果从程序开发和维护的角度出发，可以吧OS移植进去，移植的时候只要改编写和处理器相关的代码，有五个文件进行改编就可以进行移植了。

3 结语

在学习中自己制作单片机进行试验，可以锻炼学生们的动手能力，通过自己亲自进行设计组装调试单片机，可以完全的掌握单片机的硬件和软件的构成，还可以娴熟的运用汇编语言和C语言达到人机对话的交互式的效果。

参考文献：

[1]丁兆兰.浅析模块化单片机实验系统的开发[J].电子工程，2018.

[2]刘伟.单片机课程教学体系改革研究[C].2010：160-166.