基于ISP下載的89S51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

0 引言
單片機(jī)課程是電子電氣類專業(yè)及機(jī)電類專業(yè)必修的專業(yè)課，該課程既要學(xué)習(xí)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)知識(shí)，又要學(xué)習(xí)軟件知識(shí)，往往使學(xué)生不知從何學(xué)起，感覺入門很困難。而目前多數(shù)職業(yè)學(xué)校學(xué)習(xí)課時(shí)較短，實(shí)驗(yàn)條件較差，實(shí)驗(yàn)工位也不足，學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)少，造成了學(xué)生對(duì)學(xué)科不感興趣，難以取得好的教學(xué)效果。基于ISP下載的89S51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有電路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、適合學(xué)生自主動(dòng)手制作，不需要復(fù)雜的外部設(shè)備，就能完成數(shù)十個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，幾乎覆蓋了本課程中大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過自制簡(jiǎn)單實(shí)用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增加了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)間，解決了學(xué)習(xí)課時(shí)少及實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的難題，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探索的意識(shí)，提高了學(xué)生獨(dú)立分析問題及解決問題的能力，取得較好的教學(xué)效果。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
圖1為系統(tǒng)組成框圖。系統(tǒng)主要由89S51單片機(jī)系統(tǒng)及ISP下載電路、輸入模塊、輸出模塊、電源電路等四大部分組成。

為了簡(jiǎn)化電路，核心部分主要由89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)及ISP下載電路組成，輸入模塊只選用了八路開關(guān)輸入電路及4×4矩陣鍵盤電路，輸出模塊選用四位七段數(shù)碼顯示電路、八路LED發(fā)光電路、聲音驅(qū)動(dòng)電路、繼電器驅(qū)動(dòng)等電路，共二種輸入及四種不同輸出方式供實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇。為了便于實(shí)驗(yàn)，整個(gè)電路由Protel軟件完成原理圖及PCB圖的設(shè)計(jì)，將全部元件焊接在一塊PCB電路板中，連接好共用電源線及接地線。這樣，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需連接少量的導(dǎo)線，即可實(shí)現(xiàn)89S51單片機(jī)與不同的輸入、輸出模塊組合，構(gòu)成不同功能及用途的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)供實(shí)驗(yàn)時(shí)使用。

2 相關(guān)模塊介紹
89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)及ISP下載電路如圖2所示，電路主要由89S51、74HCT541等組成。89S51為Atmel公司生產(chǎn)的芯片，該芯片采用40PI N封裝雙列直插結(jié)構(gòu)，內(nèi)置4k E2PROM及256RAM，共40個(gè)引腳，四個(gè)八路輸出端口。通過在第18、19引腳外接12MHz振蕩晶體，第9引腳接復(fù)位電路，第31引腳接高電位，即構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)。ISP(在線編程)是指編程芯片不用從電路板上拆下，可以直接在線上對(duì)芯片進(jìn)行程序燒錄，省去編程器等復(fù)雜的外部設(shè)備，以利于程序的開發(fā)，Atmel公司在其官方網(wǎng)站提供免費(fèi)燒錄軟件ISP-Flash Programmer供下載，大大降低了系統(tǒng)制作成本。89S51的第6、7、8、 9腳為SPI(同步序列式傳輸信號(hào)界面)引腳，功能分別是MOSI、MISO、SCK、RST。SPI引腳經(jīng)74HCT 541隔離后分別與電腦打印接口的第7、10、6、9引腳相連接便形成了IPS電路。

輸入模塊電路如圖3(A)、(B)所示，共有二種輸入模式，分別是八路開關(guān)輸入電路和4×4矩陣鍵盤電路，使用時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求選擇不同的輸入方式及位數(shù)。