專利名稱：單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種C8051F系列單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)，特別涉及一種擴展性強、硬件資源全開放、支持多種C8051F系列單片機的實驗教學開發(fā)系統(tǒng)。本實用新型屬于基于C8051F系列單片機的實驗、教學、產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)8051單片機在內(nèi)存容量、處理速度、片上資源、擴展性能等方面無法滿足中、高端電子產(chǎn)品開發(fā)的需要，而基于SoC (片上系統(tǒng))的C8051F系列發(fā)展了傳統(tǒng)的80C51系列單片機，可滿足當前行業(yè)應(yīng)用的需求。當前市場多為以傳統(tǒng)MCS-51 (微處理系統(tǒng)-51)單片機為基礎(chǔ)的實驗開發(fā)板、實驗 箱，基于C8051F系列單片機的實驗系統(tǒng)較少，主要以國內(nèi)Silabs代理商推出的C8051F開發(fā)板為主，但此類學習開發(fā)板存在如下缺點I.功能簡單，無法進行復(fù)雜項目，也不能進行二次開發(fā)；2.資源固定，可擴展性差；3.單片機型號固定，無法更換其它型號的單片機；4.程序下載只能通過串口下載，目前大多數(shù)電腦只有USB接口，無法使用串口下載功能的學習開發(fā)板；5.外圍硬件資源、設(shè)計固定，用戶不能隨意更改。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)單片機實驗教學開發(fā)板的不足，開發(fā)一款硬件、軟件資源豐富、硬件資源全開放，單片機型號可更換，設(shè)計靈活性強的實驗教學開發(fā)系統(tǒng)。為達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)，包括可插拔更換的C8051F系列單片機最小系統(tǒng)核心板、板載各功能單元模塊、可插拔擴展模塊和系統(tǒng)供電系統(tǒng)，其特征在于所述最小系統(tǒng)核心板可單獨拔下使用，也可插在實驗教學開發(fā)系統(tǒng)上使用；所述板載各功能單元模塊包括信號發(fā)生單元、12864 IXD液晶顯示屏、1602 IXD液晶顯示單元、8X8 LED點陣顯示單元、數(shù)碼管顯示單元、發(fā)光二極管顯示單元、掃描/中斷按鍵單元、濾波器單元、USB通信單元、CAN總線通信單元、雙通道RS232通信單元、485通信單元、XRAM擴展單元、以太網(wǎng)通信單元、TFT液晶/SD卡單元、溫度采集單元、AD數(shù)據(jù)采集單元、繼電器控制單元、蜂鳴器電路、直流電機驅(qū)動控制單元、步進電機驅(qū)動控制單元、紅外收發(fā)單元、SPI接口的Flash存儲單元、IIC接口的EEPR0M、日歷時鐘單元和PS2接口單元；所述可插拔擴展模塊包括2. 4G無線通信模塊、非接觸式IC卡讀寫模塊、語音模塊和GPRS模塊；所述最小系統(tǒng)核心板的引腳與單片機引出IO 口相連接，所述板載各功能單元模塊、可插拔擴展模塊的引腳與各功能模塊引出端口相連接，單片機引出IO 口與各功能模塊引出端口之間為用戶自定義連接。所述最小系統(tǒng)核心板提供外部5V輸入、USB電壓輸入和從JTAG調(diào)試接口輸入電壓三種電源輸入方式。所述最小系統(tǒng)核心板具有單獨的5-3. 3V電源轉(zhuǎn)換芯片和JTAG調(diào)試接口。所述最小系統(tǒng)核心板型號有08051 (^乂工8051 3乂乂等08051 全系列芯片，用戶也可以根據(jù)自己需求，根據(jù)接口電路，自行設(shè)計相關(guān)單片機最小系統(tǒng)核心板插在此實驗教學開發(fā)系統(tǒng)上使用。最小系統(tǒng)核心板的單片機引腳引到外部接口上。系統(tǒng)供電系統(tǒng)提供了多種供電模式，輸入電壓為5V輸入。在實驗教學開發(fā)系統(tǒng)底板上提供了外部5V輸入和USB電壓輸入兩種，并可通過開關(guān)進行切換選擇。可插拔擴展模塊使用時都插在實驗教學開發(fā)系統(tǒng)上的同一接口。除此以外，用戶可以自行設(shè)計其它功能擴展模塊，插在此接口上使用。C8051F單片機內(nèi)部功能單元在應(yīng)用時物理連接到芯片弓I腳上是可變的，這是與其它各類單片機不同之處。根據(jù)此特點，本系統(tǒng)沒有將板載各功能單元模塊、可插拔擴展模塊 的引腳與C8051F單片機引腳固定連接，而是將各功能引腳引出后，由用戶通過導(dǎo)線根據(jù)實際需求進行連接，極大地改善了設(shè)計的靈活性。本系統(tǒng)配套各功能模塊演示源代碼，部分綜合性實驗源代碼以及相應(yīng)的實驗文檔。本實用新型的優(yōu)點在于系統(tǒng)各功能模塊相互獨立，并且所有接口引出，可使使用者學習基礎(chǔ)知識，也可以設(shè)計綜合性的實驗。

圖I為本實用新型提供的C8051F系列單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)原理框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合圖I對本實用新型作進一步描述。可插拔更換的C8051F系列單片機最小系統(tǒng)核心板I為一獨立的、可單獨使用的模塊，當與實驗教學開發(fā)系統(tǒng)配合使用時，需要將此最小系統(tǒng)核心板插到實驗教學開發(fā)系統(tǒng)的底板上。C8051F系列單片機最小系統(tǒng)核心板可以是各種不同芯片型號，如C8051F020、C8051F120、C8051F040、C8051F340、C8051F060 等全系列芯片。系統(tǒng)供電系統(tǒng)2輸入電壓為5V。在實驗教學開發(fā)系統(tǒng)底板上提供了外部5V輸入和USB電壓輸入兩種，并可通過開關(guān)進行切換選擇。在C8051F系列單片機最小系統(tǒng)核心板也提供了三種電源輸入方式外部5V輸入、USB電壓輸入以及從JTAG調(diào)試接口輸入電壓(由C8051F調(diào)試器提供)。信號發(fā)生單元3由555芯片產(chǎn)生方波信號，頻率由電阻R、電容C決定，RC可由用戶更換，因此除了可產(chǎn)生方波信號外，還可以根據(jù)頻率測量RC值。12864 LCD液晶顯示屏4通過C8051F單片機IO 口直接控制。1602 LCD液晶顯示單元5通過C8051F單片機IO 口直接控制。8X8 LED點陣顯示單元6通過四片74HC595實現(xiàn)行列驅(qū)動，點陣共采用四塊8X8LED點陣模塊，可實現(xiàn)單個漢字的顯示。2片74HC595用于行驅(qū)動，另2片用于列驅(qū)動，74HC595與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸可通過IO 口完成，也可通過SPI接口實現(xiàn)。數(shù)碼管顯示單元7采用動態(tài)掃描顯示方法，通過三極管實現(xiàn)位控制驅(qū)動，IO 口實現(xiàn)段顯示控制(共8位)。數(shù)碼管最右兩只采用位置倒置，以便與前一只正置的數(shù)碼管實現(xiàn)時鐘的“”顯示，最右一只位置倒置的數(shù)碼管可實現(xiàn)“。C”顯示。發(fā)光二極管顯示單元8采用IO 口控制(共8位)，與數(shù)碼管顯示單元7中的段顯示控制共用IO 口。掃描\中斷按鍵單元9采用掃描按鍵和中斷按鍵共用的方法，通過跳線帽更改接線位置可實現(xiàn)4X4掃描按鍵，跳線帽更改接線位置可實現(xiàn)4只中斷按鍵，此4只按鍵即為兩者共有部分。濾波器單元10采用二階有源Buterworth濾波器。USB通信單元11為單片機與PC機通信接口，不是每個型號的C8051F都可以實現(xiàn)此功能，只有內(nèi)帶USB控制器的型號，如C8051F340才可以實現(xiàn)USB通信功能。 CAN總線通信單元12為單片機進行CAN通信的接口，不是每個型號的C8051F都可以實現(xiàn)此功能，只有內(nèi)帶CAN控制器的型號，如C8051F040、C8051F060等才可以實現(xiàn)CAN通信功能。雙通道RS232通信單元13通過串口電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)，具有雙串口的單片機可實現(xiàn)雙路通信，只有單串口的單片機可實現(xiàn)一路通信。485通信單元14通過485電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)，通信時通過單片機串口與485接口相連即可。總線擴展38根據(jù)單片機內(nèi)帶的總線功能進行擴展，采用鎖存器鎖存地址，譯碼器實現(xiàn)片選。XRAM擴展單元15采用總線方式進行操作，即通過功能模塊引出端口 39與總線擴展38相連。以太網(wǎng)通信單元16采用CP2200芯片，采用總線方式進行操作，即通過功能模塊引出端口 39與總線擴展38相連。TFT液晶/SD卡單元17通過C8051F單片機總線擴展接口 38與之相連，TFT液晶采用8位模式。屏上帶有觸摸屏。SD卡模塊集成在TFT液晶上，SD卡操作可以是SPI操作或者IO 口模擬操作。溫度采集單元18采用DS18B20溫度傳感器，通過單片機IO 口模擬單總線操作完成溫度采集。AD數(shù)據(jù)采集單元19提供用于單片機內(nèi)部AD采集的可調(diào)節(jié)電壓信號，電壓信號通過電位器實現(xiàn)。繼電器控制單元20、蜂鳴器電路21、直流電機驅(qū)動控制單元22和步進電機驅(qū)動控制單元23統(tǒng)一采用達林頓管進行驅(qū)動，達林頓管另一側(cè)由單片機IO 口控制。紅外收發(fā)單元24采用紅外發(fā)射管發(fā)射數(shù)據(jù)，由兩只三極管驅(qū)動，一只控制數(shù)據(jù)發(fā)射，一只控制信號調(diào)制。SPI接口的flash存儲單元25采用具有SPI接口的flash芯片實現(xiàn)。IIC接口的EEPR0M，日歷時鐘單元26分別采用具有I2C接口的AT24CXX EEPROM芯片和具有I2C接口的PCF8563時鐘芯片。PS2接口單元提供與單片機進行PS2通信的接口電路。可插拔擴展模塊28為一開放的通用擴展接口。實驗時，無線通信模塊29、非接觸式IC卡讀寫模塊30、語音模塊31、GPRS模塊32以及用戶自行設(shè)計的功能模塊33等擴展模塊都可插在可插拔擴展模塊28上。無線通信模塊29包括采用nRF24L01，CC2420, CC2430等實現(xiàn)的2. 4G無線通信、采用nRF905，nRF9E5等實現(xiàn)的433MHZ無線通信。非接觸式IC卡讀寫模塊30采用MF RC500實現(xiàn)。語音模塊31采用ISD1730實現(xiàn)。GPRS模塊32采用SM300實現(xiàn)，模塊集成電源、串口、SM卡等電路。所有板載各功能單元模塊、可插拔擴展模塊的功能引腳都引至各功能模塊引出端口 34、37、39，單片機最小系統(tǒng)核心板引腳引至單片機引出IO 口 35和36，單片機總線擴展引至38。各功能模塊與單片機相連時，需要通過用戶將相應(yīng)的在34、37、39上的功能引腳與單片機最小系統(tǒng)核心板引出IO 口 35或36相連。·本實用新型結(jié)合硬件資源，可開發(fā)各功能模塊的配套源代碼以及實驗文檔，并在此基礎(chǔ)上可開發(fā)綜合性實驗項目，并配備相應(yīng)源代碼以及相應(yīng)的實驗文檔，綜合實驗項目可包括I. 基于以太網(wǎng)的web服務(wù)器。2. 基于內(nèi)部DAC實現(xiàn)的多功能函數(shù)信號發(fā)生器。3. 基于555的RC參數(shù)測量。4. 等精度頻率測量。5. 基于SD卡、TFT屏的數(shù)碼相框。6. 基于FFT變換的頻譜信號分析。7. LED點陣屏設(shè)計。8. 個人電子簡歷。9. 基于PID的溫度控制系統(tǒng)。10.基于CAN總線通信系統(tǒng)。11.基于USB的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。12.基于PCF8563的日歷時鐘系統(tǒng)。13.幅頻特性測試儀。14.紅外邏輯分析儀。15.基于UCOS-II的操作系統(tǒng)實驗。在本實用新型的設(shè)計思想、設(shè)計方法以及在此基礎(chǔ)上的任何修改、替代、改進，均包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)，包括可插拔更換的C8051F系列單片機最小系統(tǒng)核心板、板載各功能單元模塊、可插拔擴展模塊和系統(tǒng)供電系統(tǒng)，其特征在于所述最小系統(tǒng)核心板可單獨拔下使用，也可插在實驗教學開發(fā)系統(tǒng)上使用；所述板載各功能單元模塊包括信號發(fā)生單元、12864 IXD液晶顯示屏、1602 IXD液晶顯示單元、8X8 LED點陣顯示單元、數(shù)碼管顯示單元、發(fā)光二極管顯示單元、掃描/中斷按鍵單元、濾波器單元、USB通信單元、CAN總線通信單元、雙通道RS232通信單元、485通信單元、XRAM擴展單元、以太網(wǎng)通信單元、TFT液晶/SD卡單元、溫度采集單元、AD數(shù)據(jù)采集單元、繼電器控制單元、蜂鳴器電路、直流電機驅(qū)動控制單元、步進電機驅(qū)動控制單元、紅外收發(fā)單元、SPI接口的Flash存儲單元、IIC接口的EEPROM、日歷時鐘單元和PS2接口單元；所述可插拔擴展模塊包括2. 4G無線通信模塊、非接觸式IC卡讀寫模塊、語音模塊和GPRS模塊；所述最小系統(tǒng)核心板的引腳與單片機引出IO 口相連接，所述板載各功能單元模塊、可插拔擴展模塊的引腳與各功能模塊引出端口相連接，單片機引出IO 口與各功能模塊引出端口之間為用戶自定義連接。
2.如權(quán)利要求I所述的單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述最小系統(tǒng)核心板提供外部5V輸入、USB電壓輸入和從JTAG調(diào)試接口輸入電壓三種電源輸入方式。
3.如權(quán)利要求I或2所述的單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述最小系統(tǒng)核心板具有單獨的5-3. 3V電源轉(zhuǎn)換芯片和JTAG調(diào)試接口。
專利摘要本實用新型涉及一種C8051F系列單片機實驗教學開發(fā)系統(tǒng)，包括可插拔更換的C8051F系列單片機最小系統(tǒng)核心板、板載各功能單元模塊、可插拔擴展模塊和系統(tǒng)供電系統(tǒng)，所述最小系統(tǒng)核心板可單獨拔下使用，也可插在實驗教學開發(fā)系統(tǒng)上使用；所述板載各功能單元模塊包括信號發(fā)生單元、12864LCD液晶顯示屏、1602LCD液晶顯示單元等多個模塊；所述可插拔擴展模塊包括2.4G無線通信模塊、非接觸式IC卡讀寫模塊、語音模塊和GPRS模塊，本實用新型實現(xiàn)了豐富硬件、軟件資源，開放硬件資源，可更換單片機型號，增加設(shè)計靈活性的目的。
文檔編號G09B23/18GK202563782SQ201220231280
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者陳希, 余水寶 申請人:浙江師范大學