“一板多能”单片机开发板的设计

孙艳波

[摘要]很多高校相继把具有CISC技术和RISC技术的嵌入式微控制器作为专业课程列入教学中。针对教学中单一开发板应用的局限性,论述基于嵌入式的MCS-51和PIC双CPU“一板多能”特色开发板的设计,使用方便,成本低。不仅在教学中,而且对于单片机从业人员和开发人员都有很好的应用价值,为工业控制的应用提供了一个很好的平台。

[关键词]MCS-51PIC一板多能开发板

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710009-01

一、引言

近几年国家教育部要求加大力度发展高职高专类院校,打造品牌特色。我们学校的计算机应用专业将具有RISC技术的MCS-51和CISC技术的PIC两类单片机同时引入教学,为让学生很好地掌握两类微控制器的应用,经过在教学中的摸索和研究,对单一的开发板进行改革创新,将两种技术的单片机开发功能结合在一块板上,实现“一板多能”。

二、总体设计方案

本文主要研究基于MCS-51系列和PIC系列微控制器设计“一板多能”开发板,此开发板可以用51和PIC单片机分别控制各部分功能的实现,两种微控制器可以插在独立的接口卡上,可以根据不同开发环境通过拨码开关进行控制。此开发板上所有目标设备或部件不变,只是用不同的微控制器并在相应的开发环境中进行源程序的编辑,用不同的编译器进行编译,并通过调试工具进行在线调试或开发应用。

图1开发板框图

三、CPU控制部分的设计

CPU部分采用Microsoft公司的8051微控制器和Microchip公司的PIC18

F系列微控制器,既可以实现51单片机的控制功能,完成对外部各部分的控制与应用;又可实现PIC的控制功能,完成PIC各接口的功能与应用。开发环境PIC用MPLAB IDE(MCC18编译器)、MCS-51用uVision2(Keil C编译器)实现。

由于本开发板是PIC单片机和51单片机的微处理器共用一块目标板,且两CPU芯片的接口卡设计在一块电路板上。本设计是采用拨码开关实现两种微控制器分别对目标板的控制功能,将PIC的RB、RC、RD、RA和RE分别和MCS-51的P0、P1、P2、P3端口通过拨码开关进行转换,分别实现PIC和51的控制功能。这种转换控制既简单又方便。由于两种微控制器的工作频率和复位电压不同,所以在设计的过程中,每种CPU有自己的晶振电路和复位电路。这样的设计使它们的控制作用更稳定,实验效果更佳。

四、输入输出功能的设计

本开发板设计了一个4*4的小键盘,主要完成键盘输入功能;可通过按键实现扫描显示功能或中断功能,还可实现复位、时钟切换、调整等功能。

SPI接口是串行外围接口模块,可实现串口的输入输出功能,一般实现近距离的串口通信。本开发板用SPI接口实现与数码管的输出功能;I2C接口是集成电路间的串行接口模块,本开发板用此模块完成PIC与外部EEPROM芯片的读写操作。

可用RA和RD端口与LCD进行通信,实现液晶显示功能,本开发板嵌入了字符显示模块和汉字显示模块,可对输出的信息进行LCD显示。

五、扩展功能的设计

开发板上扩展了一个温度传感器芯片DS18B20,可实现温度的测量,并通过数码管或LCD显示。还扩展了一个时间转换芯片DS1302,并通过LCD或数码管实现时间和日期的显示。

继电器广泛用于生产控制的电力系统中,其作用是利用它的常闭和常开触点进行电路切换。小型继电器也常用作精密测量电路的转换开关。本开发板用继电器的吸合与断开控制蜂鸣器发声。

六、扩展接口的设计

本开发板用USART模块实现PC机与单片机之间的串口通信,可实现接收和发送功能,可通过串口调试助手进行接收和发送的在线调试,可用RS-232或485作PC机与单片机之间的串行接口;还设计了USB接口;CAN总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持,所以设计了CAN的功能。

七、“一板多能”开发板的特色

本开发板上可实现RISC和CISC两种技术的单片机控制,可作为两种类型单片机的初学者或深入学习的开发应用,既有基本的实验功能,又扩展了一些常用接口的功能。两控制器的转换只用几组拨码开关就可以实现,无需进行芯片的插拔,也无需更换不同的目标板,使用方便、灵活,并且经济、实在;可以将两片这样的开发板串接在一起,用RS-232或RS-485进行串口连接,可以实现双CPU之间的通信。

参考文献:

[1]李荣正,PIC单片机原理与应用,北京航空航天大学出版社,2005年1月第二版.

[2]何立民,MCS-51单片机应用系统设计,北京航空航天大学出版社,1990年1月.

[3]有助于嵌入式系统顺利开发的硬件独立性设计方案,www.gongkong.com,

2008年7月.

[4]PIC开发板,www.caigou.com.cn,2006年.

[5]来清民,新型PIC单片机集成仿真实验系统研制报告,河南教育学院学报,vol15第1期,2006年3月.