基于80C51单片机的教学演示板设计

刘延东，梁 超，董德帅

(辽宁大学轻型产业学院，辽宁沈阳 110136)

随着计算机技术和微电子计算的发展，单片机在工业控制、家用电器、智能化仪器仪表等领域得到了广泛应用［1］。因此，单片机作为一门专业课程，具有实践性、综合性强的特点［2］。现有的单片机教学演示板，功能模块较为复杂，程序代码不公开，制作成本较高［3－4］。

针对现有单片机开发板的问题，设计了一种功能针对性强、结构简单、成本低廉的单片机教学演示板［5－6］，其功能模块与教学内容紧密结合，公开程序代码，设计思路清晰便于理解［7］。

1 单片机教学演示板的总体设计

在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选［8］。单片机结合简单的接口电路即可构成单片机最小系统，它是智能化仪器仪表的基础，也是测控，监控的重要组成部分。

1.1 单片机最小系统的电路设计

本教学演示板以80C51，8279和ADC0804等芯片构成的最小单片机系统，其原理如图1所示。80C51是本单片机演示板的核心，其通过8279扫描键盘得到操作信息，经程序指令处理，实现模块功能［9］。8279是用于控制键盘和显示功能块的芯片，可按其功能分为键盘功能块、显示功能块、控制功能块与CPU接口功能块。控制功能块包括控制和定时寄存器以及扫描计数器3部分。单片机系统的模数转换功能通过ADC0804芯片实现的，ADC0804芯片是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。分辨率为8位，转换时间为100μs，输入电压范围为0～5 V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5 V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。

图1 单片机系统的电路原理图

1.2 界面设计

设计的单片机演示版以80C51作为CPU进行系统扩展，并将存储器、I/O口扩展、定时器、串行口通讯、A/D与D/A转换、键盘与显示等多种功能模块集成于一体。

本单片机实验教学板界面主要由以下几部分组成:2位数码管;8位数码管;A/D功能键;D/A功能键;PI口功能键;时钟功能键;显示功能键;“0”按键;“1”按键;复位键;电阻调节旋钮;8组红色指示灯;8组绿色指示灯;8组开关。图2为本系统硬件结构布局;图3为单片机演示板的实物图。

图2 硬件结构布局

图3 单片机演示板实物图

2 程序设计及仿真实验

在单片机实验系统中，软件设计与硬件设置同样重要。系统硬件电路确定后，主要功能由软件实现。分别设计了初始化，P/I显示，A/D转换，D/A转换，时钟，共阳极和共阴极显示功能模块。程序设计具有易理解、易维护、实时性和可靠性强等特点［10］。

2.1 初始化程序及仿真结果

通电后，数码管显示LNU—80C51，时间为5 s;此时，红绿指示灯均不亮。5 s后，显示“8”循环，等待输入。主程序流程图如图4所示。根据主程序流程图编写程序，用 Proteus软件进行仿真［11］，其仿真结果如图5所示。

图4 主程序流程图

图5 初始化仿真结果

2.2 A/D软件设计及仿真结果

按下“A/D功能键”，状态为等待输入。再按“A/D功能键”，此时两位数码管显示模拟电压，8位数码管显示与之对应的输出数字电压的二进制码;当调整“电阻调节键”时，数码管显示的内容随之发生改变，软件流程如图6所示。根据A/D转换流程图编写程序，用 Proteus软件进行仿真，仿真结果如图7所示。

图6 A/D转换流程图

图7 A/D转换仿真结果

3 结束语

设计的基于80C51单片机教学演示板，完成了对单片机各功能模块的设计，满足了教学需求。利用Proteus软件进行仿真实验，实验结果验证了设计的可行性和有效性。

［1］杨星.论单片机发展历程及技术进步［J］.知识经济，2011(23):97.

［2］刘华东，张亚华.单片机原理与应用［M］.2版.北京:电子工业出版社，2006.

［3］阮武林.基于“教师主导—学生主体”教学模式下的单片机教学策略研究［D］.上海:华东师范大学，2010.

［4］蔡君，刘井利.单片机教学改革的探讨［J］.广东技术师范学院学报，2007(10):32－34.

［5］李立全，迟荣强.单片机原理及接口技术［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［6］付家才.单片机控制工程实践技术［M］.北京:化学工业出版社，2004.

［7］邬宽明.单片机外围器件实用手册数据传输接口器件分册［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2001.

［8］吴正民.PIC单片机特点及应用时的注意事项［J］.实验室研究与探索，2003，22(6):79 －82.

［9］冯蕊，薛宏.LN8279可编程键盘/显示控制器测试技术研究［J］.微处理机，2008(6):49－51.

［10］郭永伟，曾洁，张家敏.大型单片机程序设计方法研究［J］.仪器仪表用户，2004，11(4):9 －11

［11］仝庆华.基于Proteus单片机虚拟实验室［J］.大同大学学报:自然科学版，2009，25(2):23－25.