专利名称：单片机实验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单片机实验系统，属于单片机技术领域。
背景技术：
单片机作为一种微处理器具有广阔的应用范围，但是由于单片机应用的范围较大，导致对单片机的编程有多种多样的形式，对于初学者来说不易掌握。虽然初学者可以通过实验设备提高对单片机的编程能力，但现有技术中没有一种能够提供多种常用功能的单片机实验设备。
发明内容本实用新型为解决现有的单片机技术存在的没有一种能够提供多种常用功能的单片机实验设备的问题，进而提出了一种单片机实验系统，包括串行适配器、目标板、液晶显示模块、温度传感器、数模转换器、模数转换器、蜂鸣器、串行通讯模块、串行FLASH通讯模块、按键显示模块和时钟模块，所述串行适配器的串行数据输入输出端与所述目标板的串行数据输入输出端连接，所述目标板的显示数据输出端与所述液晶显示模块的显示数据输入端连接，所述目标板的温度信号输入端与所述温度传感器的温度信号输出端连接，所述目标板的数模信号输入输出端与所述数模转换器的数模信号输入输出端连接，所述目标板的模数信号输入输出端与所述模数转换器的模数信号输入输出端连接，所述目标板的蜂鸣信号输出端与所述蜂鸣器的蜂鸣信号输入端连接，所述目标板的串行数据输入输出端与所述串行通讯模块的串行数据输入输出端连接，所述目标板的串行FLASH数据输入输出端与所述串行FLASH通讯模块的串行FLASH数据输入输出端连接，所述目标板的按键显示数据输出端与所述按键显示模块的按键显示数据输入端连接，所述目标板的时钟信号输出端与所述时钟模块的时钟信号输入端连接。本实用新型的有益效果是通过将多种常用模块集成到单片机实验系统中，可使初学者通过连接的PC机对单片机进行相应的编程，使初学者更快掌握单片机的编程。
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图I是本实用新型的具体实施方式
提供的单片机实验系统的结构示意图；图2是本实用新型的具体实施方式
提供的单片机试验系统与PC机连接的结构示意图；图3是本实用新型的具体实施方式
提供的直流稳压电源的电路结构示意图；图4是本实用新型的具体实施方式
提供的液晶显示模块的电路结构示意图；[0010]图5是本实用新型的具体实施方式
提供的温度传感器的电路结构示意图；图6是本实用新型的具体实施方式
提供的模数转换器的电路结构示意图；图7是本实用新型的具体实施方式
提供的数模转换器的电路结构示意图；图8是本实用新型的具体实施方式
提供的蜂鸣器的电路结构示意图；图9是本实用新型的具体实施方式
提供的RS-232C串行通信模块的电路结构示意图；图10是本实用新型的具体实施方式
提供的RS-485串行通信模块的电路结构示意图；图11是本实用新型的具体实施方式
提供的串行FLASH通讯模块的电路结构示意图； 图12是本实用新型的具体实施方式
提供的按键显示模块的电路结构示意图；图13是本实用新型的具体实施方式
提供的时钟模块的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。本具体实施方式
提供了一种单片机实验系统，如图I所示，包括串行适配器I、目标板2、液晶显示模块3、温度传感器4、数模转换器5、模数转换器6、蜂鸣器7、串行通讯模块8、串行FLASH通讯模块9、按键显示模块10和时钟模块11，串行适配器I的串行数据输入输出端与目标板2的串行数据输入输出端连接，目标板2的显示数据输出端与液晶显示模块3的显示数据输入端连接，目标板2的温度信号输入端与温度传感器4的温度信号输出端连接，目标板2的数模信号输入输出端与数模转换器5的数模信号输入输出端连接，目标板2的模数信号输入输出端与模数转换器6的模数信号输入输出端连接，目标板2的蜂鸣信号输出端与蜂鸣器7的蜂鸣信号输入端连接，目标板2的串行数据输入输出端与串行通讯模块8的串行数据输入输出端连接，目标板2的串行FLASH数据输入输出端与串行FLASH通讯模块9的串行FLASH数据输入输出端连接，目标板2的按键显示数据输出端与按键显示模块10的按键显示数据输入端连接，目标板2的时钟信号输出端与时钟模块11的时钟信号输入端连接。具体的，如图2所示，本具体实施方式
提供的单片机试验系统可通过串行适配器I与运行Keil软件的PC机连接，连接USB电缆的一端至PC机的USB端口，连接USB电缆的另一端至串行适配器I的USB连接器上，用10芯扁平电缆将串行适配器I与目标板2的JTAG连接器连接，将AC/DC电源与目标板2的电源插孔Pl连接。PC机中运行的Keil软件为Keil C51开发工具套件，用于编译C源程序、汇编源程序，链接和定位目标文件及库创建HEX文件以及调试目标程序。本具体实施方式
中集成有运算放大器0P07，工作电源为± 15V，目标板2和串行FLASH通讯模块9的工作电源为+3V，其余的器件需要+5V电源，因此直流稳压电源模块需要提供± 15V电源、+5V电源和+3V电源。直流稳压电源的电路如图3所示，+ 15V电源由外部开关电源提供，+5V电源和+3V电源分别由集成稳压LM7805、AMSl117-3. 3产生，集成稳压块均装有散热片，电路中接入电容C11、C13、C26、C30、C32用来实现频率补偿，防止稳压块产生高频振荡和抑制电路引入的高频干扰，CIO、C27、C29、C31、C33为电解电容，以减少由电源模块引入的低频干扰。当实验系统接通电源时，发光二极管Dll被点亮，表示集成稳压块LM7805正常工作，能够为其它电路提供+5V直流稳压电源，发光二极管D17、D16被点亮，表示集成稳压块AMSl 17-3. 3正常工作，能够为其它电路提供+3V直流稳压电源。电路中S9为+5V直流电压接线排针，电路中S30为+3. 3V直流电压接线排针。串行适配器I为连接PC机的USB端口与目标板2的JATG在系统调试/编程电路提供接口，串行适配器I可以通过它的10针JTAG连接器从目标板2上供电或者它可以用AC/DC电源中直接供电。目标板2可采用C8051R)20单片机，C8051F020单片机的开发工具支持观察和修改存储器和寄存器支持断点、观察点、堆栈指示器、单步、运行和停止命令。调试时不需要额 外的目标RAM、程序存储器、定时器或通信通道，并且所有的模拟和数字外设都正常工作。液晶显示模块3可采用C00511FPD芯片，该芯片是一种图形点阵式液晶显示驱动器，既可显示图形，也可显示(16X16点阵)汉字。该芯片对显示器3可以串行方式通讯也可以用并行方式通讯，有8080和6800两种时序，还有丰富的指令集，逻辑电源VDD是宽电压范围，在2. 8V 5. 5V之间即可，可选背光方式黄绿色、蓝色、白色、琥珀色。液晶显示模块3的电路如图4所不，电路中U9为液晶显不屏，该液晶屏为白色背光，S4为实验用的接线排针，该排针接出了液晶屏的所引脚，可以根据实验要求进行各种通讯实验，并选用串行通讯方式。温度传感器4可采用DS18B20型传感器，该传感器是DALLAS公司生产的单线式数字温度传感器，具有3引脚小体积封装形式；温度测量范围为_55°C +125°C，可编程为9位 12位A/D转换精度，测温分辨率可达0. 0625°C，被测温度用符号扩展的16位数字量串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。DS18B20是业界精度最高的固态数字I/O温度计中的一种。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了 8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。暂存存储器的前两个字节代表的数据格式是温度低位字节(A);温度高位字节(B)。温度传感器4的电路如图5所示，电路中U5为DS18B20数字温度传感器，SI为DS18B20数据接口排针，做实验时可以用导线将其连接到单片机I/O 口上。数模转换器5可采用DAC0832芯片，该芯片是一个8位分辨位数的数模转换器，采用电流输出型，定时间为IU S，可双缓冲、单缓冲或直接数字输入，该芯片采单一电源供电，方便使用。在需要同步进行D/A转换的多路DAC系统中，采用双缓冲方式，可以在不同的时刻把要转换的数据打入各DAC的输入寄存器，然后由一个转换命令同时启动多个DAC转换。先用3条输出指令选择3个端口，分别将数据写入各DAC的输入寄存器，当数据准备就绪后，再执行一次写操作，使XFER变低同时选通3个D/A的DAC寄存器，实现同步转换。数模转换器5的电路图如图6所示，其中S3、S16、21、S32为该模块与单片机通讯的接线排针，DAC0832的基准电压VMf由稳压芯片7805提供，电压是5. 0V，DAC0832的输出端连接0P-07运算放大器，该运算放大器将DAC0832的电流型输出量转化成易于测量的电压量。模数转换器6可采用ADC0809作模数转换芯片，ADC0809是一种逐次逼近式模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。模数转换器6的电路如图7所示，U7为ADC0809芯片，6脚为该芯片测试引脚，当输入一个2 ii s宽高电平脉冲时，就开始A/D转换；7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平；9脚为A/D转换输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出；10脚为ADC0809时钟输入端，利用该实验系统中的时钟信号发生电路产生50(M7fe脉冲，模拟输入由系统中的模拟量输入电路产生，参考电压由7805产生的5K电压提供，在按键显示电路的数码管上显示轮换结果。S5，S6，S27为该模块与单片机通讯的接线排针。 对于蜂鸣器7，由于单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需确定两个控制量即可，也就是“音调”和“节拍”。音调表示一个音符唱多高的频率，节拍表示一个音符唱多长的时间。蜂鸣器7的电路如图8所示，为该模块的硬件电路图，LSl为常用的交流蜂鸣器，功率放大三极管8550作为蜂鸣器的驱动器，不同频率的信号从S18的脚I端输入，控制三极管8550不断的关断状态，从而不同频率的信号进入蜂鸣器，达到演奏的效果。串行通讯模块8包括RS-232C串行通信模块和RS-485串行通信模块。RS-232C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232C标准采用负逻辑，逻辑I电平在-5疒15V范围内，逻辑0电平在+5疒+15V范围内。本模块采用MAX232CPE芯片，需要外加5个I y F的电容，它内部有一个电压倍增电路，仅需外加+5V电源供电，就可以实现TTL电平与MAX-232C电平的转换，使用很方便。本模块采用简易RS-232C通讯接口设计，仅需外接三根线RXD，TXD，GND就可以完成RS232-C电平的通讯。RS-232C电路如图9所示，该电路实现了 TTL电平和RS232电平的转换，图中JP2为RS-232电平接线柱，仅需3根线就可以实现RS232电平通讯，S2为与单片机连接的排针。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485的电路如图10所示，在RS-485总线末端接入120 Q的电阻是为了对通信线路进行阻抗匹配，因为信号在线上传送时，若遇到阻抗不连续的情况，会出现反射现象从而影响信号的远距离传输，所以必须采用匹配的办法来消除反射。双绞线的特性阻抗一般在110 130 fl之间，通常在传输末端连接120 D的电阻进行阻抗匹配，S19为该模块TTL信号接线排针，JP3为该模块RS485信号接线头。串行FLASH通讯模块9可采用AT4OTB161芯片，该芯片是Atmel公司推出的大容量串行Flash存储器，采用串行外围接口 SPI系统；同时具有体积小、容量大、功耗低和硬件接口简单等特点，非常易于构成微型低功耗的测量系统。最大时钟频率可达到20MHz，它支持页和块(I块=8页)擦除功能。AT45DB161具有28脚TS0P、28脚SOIC和24针CBGA等封装形式。AT4OTB161的操作码有26条，按操作对象的不同可以分为与页相关操作和与页无关操作；与页相关操作包括读主存页、主存页数据拷贝到缓冲区、主存页与缓冲区数据比较、缓冲区数据写入主存页、页擦除、块擦除、页编程和页重写等；与页无关操作则包括读缓冲区、写缓冲区和读状态寄存器。其中缓冲区数据写入主存页的操作中又包括写前擦除和边写边擦，具体应用要依据实际情况来定如果写数据前已确保该页被擦除(数据全是OxFF)，则可使用写前擦除操作来减少操作时间，以提高系统的速度；而如果不能保证该页已经被擦除，为保险起见，建议使用边写边擦操作来提高系统的可靠性。串行FLASH通讯模块9的电路如图11所示，U15为16M串行FLASH存储芯片，S14为该模块与单片机通讯的接线排针。 按键显示模块10可采用HD7279A芯片，该芯片是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴极数码管的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64个按键的矩阵键盘。HD7279A芯片内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，还有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。该芯片的特点是串行接口，无需外围元件可直接驱动LED ;各位独立控制译码不译码即消隐和闪烁属性；左移右移指令；具有段寻址指令，方便控制独立LED ；64键键盘控制器，内含去抖动电路；有DIP和SOIC两种封装形式供选择。当目标板2访问HD7279A芯片(读键码或写指令)时，应将片选端置为低电平，DATA为串行数据端；iHD7279A芯片发送数据时，DATA为输入端；当HD7279A芯片输入键盘代码时，DATA为输出端。CLK为数据串行传输的同步时钟输入端，时钟的上升沿表示数据有效。KEY为按键信号输出端，无键按下为高电平，有键按下时此引脚变为低电平且一直保持到键按下时为止。按键显示模块11的电路如图12所示，图中R24和C2组成HD7279A的振荡电路，该模块通过接线排针SlO与单片机进行通讯。当有键按下时发光二极管D12被点亮，直到按键松开为止，当单片机与HD7279通讯的过程中，发光二极管D13处于闪烁状态。时钟模块11可采用PCF8563芯片，该芯片是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。PCF8563有16个8位寄存器一个可自动增量的地址寄存器，一个内置32. 768KHz的振荡器(带有一个内部集成的电容)，一个分频器(用于给实时时钟RTC提供源时钟)一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400KHZ总线接口。所有16个寄存器设计成可寻址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。前两个寄存器(内存地址00H，01H)用于控制寄存器和状态寄存器，内存地址02矿08H用于时钟计数器(秒 年计数器)，地址09IT0CH用于报警寄存器(定义报警条件)，地址ODH控制CLKOUT管脚的输出频率，地址OHl和(FH分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器，编码格式为BCD，星期和星期报警寄存器不以BCD格式编码。当一个RTC寄存器被读时，所有计数器的内容被锁存，因此，在传送条件下，可以禁止对时钟/日历芯片的错读。时钟模块12的电路如图13所示，图中UlO为实时时钟芯片PCF8563，I2C总线上拉电阻R取典型值10K，Y2为32. 768KHz晶振，Sll为该模块与外部单片机通讯的接线排针。采用本具体实施方式
提供的技术方案，通过将多种常用模块集成到单片机实验系统中，可使初学者通过连接的PC机对单片机进行相应的编程，使初学者更快掌握单片机的编程。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护 范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种单片机实验系统，其特征在于，包括串行适配器、目标板、液晶显示模块、温度传感器、数模转换器、模数转换器、蜂鸣器、串行通讯模块、串行FLASH通讯模块、按键显示模块和时钟模块，所述串行适配器的串行数据输入输出端与所述目标板的串行数据输入输出端连接，所述目标板的显示数据输出端与所述液晶显示模块的显示数据输入端连接，所述目标板的温度信号输入端与所述温度传感器的温度信号输出端连接，所述目标板的数模信号输入输出端与所述数模转换器的数模信号输入输出端连接，所述目标板的模数信号输入输出端与所述模数转换器的模数信号输入输出端连接，所述目标板的蜂鸣信号输出端与所述蜂鸣器的蜂鸣信号输入端连接，所述目标板的串行数据输入输出端与所述串行通讯模块的串行数据输入输出端连接，所述目标板的串行FLASH数据输入输出端与所述串行FLASH通讯模块的串行FLASH数据输入输出端连接，所述目标板的按键显示数据输出端与所述按键显示模块的按键显示数据输入端连接，所述目标板的时钟信号输出端与所述时钟模块的时钟信号输入端连接。
2.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述目标板采用C8051F020单片机。
3.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述液晶显示模块采用C00511FPD 芯片。
4.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述温度传感器采用DS18B20型传感器。
5.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述数模转换器采用DAC0832芯片，所述模数转换器采用ADC0809芯片。
6.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述串行通讯模块包括RS-232C串行通信模块和RS-485串行通信模块。
7.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述串行FLASH通讯模块采用AT45DB161 芯片。
8.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述按键显示模块采用HD7279A 芯片。
9.根据权利要求I所述的单片机实验系统，其特征在于，所述时钟模块采用PCF8563芯片。
专利摘要本实用新型提供了一种单片机实验系统，相应的串行适配器的串行数据输入输出端与目标板的串行数据输入输出端连接，目标板分别与液晶显示模块的显示数据输入端、温度传感器的温度信号输出端、数模转换器的数模信号输入输出端、模数转换器的模数信号输入输出端、蜂鸣器的蜂鸣信号输入端、串行通讯模块的串行数据输入输出端、串行FLASH通讯模块的串行FLASH数据输入输出端、按键显示模块的按键显示数据输入端以及时钟模块的时钟信号输入端连接。本实用新型通过将多种常用模块集成到单片机实验系统中，可使初学者通过连接的PC机对单片机进行相应的编程，使初学者更快掌握单片机的编程。
文档编号G09B23/18GK202563781SQ20122023021
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者张鹏 申请人:张鹏