专利名称：一种基于8051或avr的多核心单片机教学实验平台的制作方法
技术领域：
本发明属于嵌入式计算机领域，涉及一种基于8051/AVR的多核心单片机教学实验平台。
背景技术：
在目前高校的单片机课程教学中存在实验设备重复购置、设备功能与社会需求脱节等问题。一方面，单片机应用范围很广，不同场合适用不同类型的单片机，这些单片机之间存在较大差异，为了让学生能够适应社会的不同需要，高校往往需要购置多种类型单片机设备，这些设备之间有功能重叠部分，势必造成一定程度的浪费。另一方面，嵌入式计算机技术发展一日千里，各种单片机和外设型号不断推陈出新，在众多的选择中如何确定一套最适宜学生使用的实验设备，在复杂性、典型性、方便性、可靠性以及设备成本间如何取得最佳均衡是一个需要教育工作者认真研究的问题。经过大量调研，发现目前国内应用最广泛的是8051系列单片机和AVR系列单片机，如能设计一套教学实验平台，在涵盖各种常用典型设备的基础上，同时支持这两种单片机，即可达到一套设备承担两门实验课程的目的，有效降低设备成本，节约教学资源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是设计一块电路主板、一块AVR转接板，以及基于两种单片机的一套软件系统。该系统适用于单片机相关的教学和科研场合。本发明的技术方案基于8051/AVR的多核心单片机教学实验平台，硬件包括主板和AVR转接板两块电路板，8051系列单片机采用AT89S52，AVR系列单片机采用ATMEGA32。软件包括基于AT89S52 和ATMEGA32两种单片机的驱动层软件和应用层软件。基于8051/AVR的多核心单片机教学实验平台有两种工作模式，称为8051模式和 AVR模式1. 8051模式将AT89S52单片机插入主板的单片机插座，主板通过接口向单片机供电，单片机通过插座控制主板的所有硬件模块；在PC机的集成开发环境控制下，可调试、下载程序到多核心单片机教学实验平台。2. AVR模式AVR转接板上设计有40引脚单片机插座，将ATMEGA32单片机插入其中，再将AVR转接板插入主板单片机插座，由主板通过转接板向单片机供电，单片机通过转接板控制主板的所有硬件模块；在PC机的集成开发环境控制下，可调试、下载程序到多核心单片机教学实验平台。主板由电源、基本功能部分和接口通信部分组成。电源部分支持USB供电和外接直流供电两种方式，采用LM7805三端稳压器和LM1117-3. 3集成稳压芯片为实验平台提供5V和3. 3V电源，并包含按键复位电路。基本功能部分包括基准源模块、键盘输入模块、 语音输入模块、语音输出模块、显示模块和蜂鸣器模块。基准源由LM336芯片提供，输出稳定的5V电压信号；键盘输入模块包括一个2*3小键盘；语音输入模块采用专业语音芯片 ISD4004实现声音的录放；语音输出模块通过LM386芯片将语音信号放大后送至扬声器；显示模块包括发光二极管、共阴极4位8段数码管、8*8LED点阵和0CM12864液晶显示器；蜂鸣器采用HYDZ型，用NPN型三极管驱动。接口通信部分包括单片机插座、ISP程序下载接口、 DS18B20温度传感器接口、MAX232串行接口、红外通信接口、继电器输出接口和步进电机接AVR转接板的功能是完成从ATMEGA32引脚封装形式到AT89S52引脚封装形式的转换。AT89S52和ATMEGA32都采用DIP40封装，但二者的引脚次序不同。实验平台的主板电路按照AT89S52单片机的引脚定义进行设计，为了能将ATMEGA32单片机插入主板的单片机插座，必须通过AVR转接板调整ATMEGA32单片机的引脚次序。转接板将ATMEGA32单片机
的 32 个 I/O 口-P0. 0 至 P3. 7 映射至 AT89S52 的 P0. 0 至 P3. 7，将 ATMEGA32 的 2 个晶振
接口 XTAL1、XTAL2 映射至 AT89S52 的 XTAL1、XTAL2，将 ATMEGA32 的 VCC、GND 和 RESET 引脚映射至 AT89S52 的 VCC、GND 和 RESET，将 ATMEGA32 的 AVCC 和 AREF 引脚映射至 AT89S52 的 ^和VPP引脚，将ATMEGA32的31号引脚GND接地，AT89S52的30号引脚^元悬空。软件系统包括驱动层软件和应用层软件两部分，驱动层完成对硬件的封装，使应用层具有硬件无关性。由于实验平台支持8051和AVR两种单片机，因此驱动层软件包含对应的两个版本基于8051的驱动层软件和基于AVR的驱动层软件。驱动层软件包括所有硬件模块和接口的驱动程序，以函数库形式存在，并向上层软件提供统一的调用接口。应用层软件调用驱动层软件接口，完成对硬件的控制，实现了一个综合演示程序，系统上电时会在 LCD上显示一个顶层功能演示菜单，由用户通过按键选择要演示的模块功能，演示完毕后， 可退回至顶层菜单。本发明的有益效果在于可使用不同的单片机控制主板硬件资源，在实验教学中， 使用同一套设备，根据不同的课程需求更换不同的单片机，实现多门实验课程共用一套设备，有效降低了设备购置费和师资培训费。
图1是本发明的系统结构图。图2是本发明的主板结构框图。图3是本发明的AVR转接板示意图。其中1ATMEGA32单片机引脚；2AT89S52单片机；3引脚间电路连线。图4是本发明的软件结构框图。
具体实施例方式以下结合发明内容和说明书附图详细说明本发明的具体实施方式
。如图1所示，基于8051/AVR的多核心单片机教学实验平台包括3个组成部分主板、转接板，以及软件系统。(1)主板基于8051/AVR的多核心单片机教学实验平台的主板硬件资源，按照功能可划分为电源、基本功能部分和接口通信部分三部分，如图2所示。
电源部分设置有两个可选的电源输入方式，分别为USB供电与外接直流供电，通过单刀双掷开关来选择。USB供电方式中，直接将PC机USB接口的5V直流电弓丨入实验平台；外接直流供电方式中，为实验平台引入9V直流电压，使用LM7805三端稳压器将电压稳定为5V。实验平台还需要一个3. 3V电源，在前述两种供电方式下，使用LMl 117-3. 3稳压芯片将5V电压稳定在3. 3V。供电端接有熔断电流为500mA的自恢复保险丝，可保护电路板上的硬件模块不会被瞬时大电流破坏。同时，实验平台设计有电源引出端子，可将实验平台的 5V电源和3. 3V电源引出，供其他设备使用。AT89S52和ATMEGA32单片机的复位引脚电平恰好相反，实验平台为这两种单片机各设计了一个复位按键，通过一个三位跳线器选择复位 AT89S52 或者复位 ATMAGE32。基本功能模块包括基准源模块、键盘输入模块、语音输入模块、语音输出模块、显示模块和蜂鸣器模块。基准源电路由LM336芯片配合电容电阻实现，为ATMEGA32单片机提供5V基准电压。实验平台设计有2*3按键的小键盘，采用行列扫描方式检测按键，采用软件延时20毫秒的方式处理按键抖动。语音输入模块采用ISD4004语音芯片，接受咪头的声音信号并存储在片内Flash存储器中，并可同步送往语音输出模块。语音输出模块接收语音输入模块提供的音频信号，将其输出到音频放大芯片LM386的正向输入端，通过IOK的滑动电阻可调节放大20-200倍，最后将语音信号经由扬声器接口输出。显示输出模块包含4 个发光二极管、共阴极4位8段数码管、8*8LED点阵和0CM12864液晶显示器。其中，4个发光二极管的颜色分别为红、黄、蓝、白；LED点阵由两片74HC595锁存器控制；0CM12864液晶显示器由一片74HC595锁存器控制。数码管和1观64液晶屏由7个相同的单片机I/O 口控制，为了避免数据冲突，数码管工作时，液晶屏不可同时插接在1观64接口中；测试液晶屏时，只需拔下数码管的跳线帽开关。蜂鸣器采用HYDZ型号，用NPN型三极管控制，三极管的基极通过一个跳线器连接至单片机的I/O 口。接口通信部分包括单片机插座、ISP程序下载接口、温度传感器接口、串行接口、红外通信接口、继电器输出接口与步进电机接口。实验平台设置有40针单片机插座，可以插入AT89S52单片机或AVR转接板。ISP程序下载接口符合ATMEL标准，通过编程器与PC机的USB接口相连，可实现程序在线下载，并可同时支持AT89S52和ATMEGA32两种单片机。 温度传感器接口可安装DS18B20测温芯片，通过一线总线方式完成温度测量、转换与传输， 总线接有4. 7KΩ上拉电阻。串行接口采用RS232C标准九针接口，由ΜΑΧ3232控制芯片实现数据收发与电平转换。红外通信接口可安装一体化红外线探头，完成红外控制相关实验。 继电器输出接口包括一个SRS-05VDC-SL型继电器，耐压30V，能够输出开关量。步进电机接口使用MC1413达林顿管作为驱动芯片，7个输入和输出端口全部用排针接出，工作时用杜邦线灵活转接，可以控制多种步进电机，同时也可控制直流电机；电机电源部分接有高容量钽电容作为电机滤波器，减少对主板的信号干扰。主板各模块与单片机引脚的对应关系如下表所示
权利要求
1. 一种基于8051或AVR的多核心单片机教学实验平台，其特征在于包括主板和AVR 转接板两块电路板，主板由电源、基本功能部分和接口通信部分组成；电源部分支持USB供电和外接直流供电两种方式，采用LM7805三端稳压器和LM1117-3.3集成稳压芯片为实验平台提供5V和 3. 3V电源，并支持按键复位功能；基本功能部分包括基准源模块、键盘输入模块、语音输入模块、语音输出模块、显示模块和蜂鸣器模块；接口通信部分包括单片机插座、ISP程序下载接口、DS18B20温度传感器接口、MAX232串行接口、红外通信接口、继电器输出接口和步进电机接口；8051单片机采用AT89S52，AVR单片机采用ATMEGA32，实验平台可运行在两种工作模式下8051模式将AT89S52单片机插入主板的单片机插座，单片机控制主板的所有硬件模块；在PC机的集成开发环境控制下，可调试、下载程序到实验平台；AVR模式将ATMEGA32单片机插入AVR转接板，再将AVR转接板插入主板单片机插座， 单片机通过转接板控制主板的所有硬件模块；在PC机的集成开发环境控制下，可调试、下载程序到实验平台；AVR转接板的功能是完成从ATMEGA32引脚封装形式到AT89S52引脚封装形式的转换；实验平台的主板电路按照AT89S52单片机的引脚定义进行设计，通过AVR转接板调整ATMEGA32单片机的引脚次序，使ATMEGA32单片机引脚能够控制主板的全部硬件资源。
全文摘要
本发明公开了一种基于8051或AVR的多核心单片机教学实验平台，属于嵌入式计算机领域。该平台的硬件包括主板和AVR转接板两块电路板，8051单片机采用AT89S52，AVR单片机采用ATMEGA32。AT89S52可直接插入主板工作，此时平台工作在8051模式下；ATMEGA32可通过AVR转接板插入主板工作，转接板完成从ATMEGA32引脚封装形式到AT89S52引脚封装形式的转换，此时平台工作在AVR模式下。主板由电源、基本功能部分和接口通信部分组成。平台软件系统分为两层，驱动层完成对两种单片机硬件资源的封装，应用层是包含14个实验的综合演示程序，在驱动层支持下运行，具有硬件无关特性。
文档编号G09B19/00GK102194351SQ20111014098
公开日2011年9月21日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者任怡然, 宋莉莉, 王亚坤, 赖晓晨, 高卓立 申请人:大连理工大学