AT89S51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)依賴于仿真器調(diào)試，實(shí)驗(yàn)成本高且效率低，不適應(yīng)現(xiàn)代科技的開發(fā)要求的問題，為改善單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能，采用在系統(tǒng)編程(ISP)的方法，利用AT89S51芯片設(shè)計(jì)了一種單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，達(dá)到了工科類高職生快速掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)的預(yù)期效果。
關(guān)鍵詞：AT89S51；實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；ISP；74LS164

目前單片機(jī)應(yīng)用已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展也因此日新月異。作為實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用型學(xué)科，單片機(jī)研發(fā)及教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需要頻繁拔插燒寫單片機(jī)芯片來編程，依賴于仿真機(jī)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)成本高且效率低，已不適應(yīng)現(xiàn)代科技開發(fā)需求。如何充分合理利用單片機(jī)的性能，方便用戶高效學(xué)習(xí)與開發(fā)產(chǎn)品成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，并且在很多學(xué)校也開設(shè)了相關(guān)的課程。通過對(duì)在校學(xué)生的調(diào)查，以及網(wǎng)絡(luò)上收集到資料的綜合分析，得知：目前無論是社會(huì)上還是在校學(xué)生，學(xué)習(xí)單片機(jī)的人數(shù)呈不斷增加之勢(shì)，對(duì)于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的需求也不斷增加。但是由于目前多數(shù)實(shí)驗(yàn)板價(jià)錢較高，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不適于初學(xué)者學(xué)習(xí)。所以，開發(fā)出一套價(jià)格低廉，易學(xué)易用的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，供實(shí)驗(yàn)室使用，也可以為今后學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)提供一個(gè)開發(fā)平臺(tái)。

1 開發(fā)方案
開發(fā)此套實(shí)驗(yàn)板一方面要價(jià)格低廉，另一方面要易學(xué)易用。除了可以完成單片機(jī)課程教學(xué)大綱規(guī)定的“LED實(shí)驗(yàn)”、“按鍵操作實(shí)驗(yàn)”、“蜂鳴器操作實(shí)驗(yàn)”、“數(shù)字顯示實(shí)驗(yàn)”等常規(guī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以外，還要滿足課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)的需求，開發(fā)諸如“雙機(jī)通信”、“電子溫度計(jì)”、“萬年歷”、“電子琴”、“數(shù)顯秒表”、“模擬交通燈”、“紅外遙控”等較高檔次的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
首先，對(duì)于開發(fā)成本方面，電子元件占的比重最大，減少這方面的開銷成為重點(diǎn)。還有電路板的花費(fèi)，以及其他原材料的開銷，這些花費(fèi)要相對(duì)較少。因此，在購買電子元器件時(shí)盡量選用市場(chǎng)上常見產(chǎn)品，由于這些元件的普遍性和常用性，其性能不但可靠，且價(jià)格低廉。
其次，對(duì)于實(shí)驗(yàn)板的易學(xué)易用性，借鑒已有的開發(fā)板方面的資料，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，取其精華，選用目前開發(fā)單片機(jī)開發(fā)板中最常用的開發(fā)工具和開發(fā)語言。
進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)或開發(fā)時(shí)，通常需要借助編程器將調(diào)試好的目標(biāo)程序?qū)懭氲絾纹瑱C(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中。普通的編程器價(jià)格從幾百元到幾千元不等。另外，在開發(fā)過程中，程序每改動(dòng)一次就要拔下電路板上的芯片編程后再插上，比較麻煩。
隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以在系統(tǒng)編程(ISP)的單片機(jī)。ISP一般是通過單片機(jī)的串行接口對(duì)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，如Philips公司的P89C51RX+、P89C51RX2單片機(jī)；Atmel公司的AT89S8252單片機(jī)；Winbond公司的W78E516等。利用在系統(tǒng)編程(ISP)的單片機(jī)，單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)不需要編程器，單片機(jī)芯片可以直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即成成品，甚至可以遠(yuǎn)程在線升級(jí)單片機(jī)中的程序，使得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)、升級(jí)等環(huán)節(jié)都發(fā)生著深刻的變革。
因此，本著價(jià)格低廉、易學(xué)易用的原則，采用Atmel公司生產(chǎn)的支持ISP技術(shù)的AT89S51單片機(jī)為控制器。

2 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)
2．1 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)電路原理圖
單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。