以STC89C52RC为核心的实用单片机教学板设计

李 杜

（湖南水利水电职业技术学院，长沙410131）

0 引言

单片机技术在电子、机电、自动化等专业的课程体系中有着极其重要的地位，是一门结合了计算机原理、电子电路、程序设计等技术的应用型课程.但它内容抽象，涵盖的知识面较广，因此目前高校的教学模式往往造成学生入门难、学习兴趣不高、教学效果不好等问题.本文设计了一款以STC89C52RC为核心的单片机教学板，它成本低，功能实用，扩展接口丰富，程序烧写方便，既可以培养学生的动手能力，增加对单片机的感性认识，同时也提高学生的学习兴趣，拓宽了单片机课程改革的思路.

1 系统方案的设计

在设计系统方案时主要考虑了以下几点：一是能够满足教学要求；二是有较好的综合性和扩展性；三是易于上手，操控方便.

单片机选用的是宏晶科技推出的STC89C52RC单片机，该芯片完全兼容传统的8051单片机，且具有功耗低、性价比高、支持ISP下载等特点.PCB板采用玻纤双面板制作，电子元件多采用贴片元件，这不但缩小了教学板的体积，便于携带，同时也体现了现代电子产品的先进工艺，实物如图1所示.

图1 单片机教学板正反面实物图

教学板集成了教学常用的8位发光LED灯模块、8位数码管显示模块、按键控制模块、RS232串口通信模块、TLC1549AD转换模块、蜂鸣器、DS18B20温度传感器模块、时钟模块以及LCD接口电路等，并将所有的I／O口用插针引出，便于扩展，设计ISP接口，方便程序下载和调试.系统框图如图2所示.

图2 教学板系统框图

2 教学板硬件电路的设计

教学板的原理图在Protel99SE软件平台上完成并对器件属性进行编辑，将生成的网络表导入到PCB板图后进行手工布线，晶振极易产生噪声，在布局时应该尽量靠近单片机的时钟输入端.制作好的PCB板经过飞针测试无误后即可进行元器件的焊接.

下面重点介绍以下四种电路模块：

2.1 RS－232串口转换电路

由于单片机采用的是TTL电平（逻辑1＜0.5 V，逻辑0＞2.4V），而计算机的串口采用的是RS－232电平（逻辑1＝－3～－15V，逻辑0＝＋3～＋15V），因此单片机和计算机的异步通信必须加电平转换电路，如图3所示.该电路以MAXIM公司生产的MAX232为主控芯片.该芯片的1－6脚和4只电容构成电荷泵电路，功能是产生＋12V和－12 V两个电源，提供给RS－232串口电平的需要，7－10脚是被使用的数据通道，其中9，10脚分别接单片机的RXD和TXD端7、8脚与标准RS－232接口的2、3脚相连.

图3 RS232串口电平转换电路

2.2 AD转换模块

模块选用德州仪器生产的TLC1549作为AD转换芯片，该芯片采用SPI总线，有10位的分辨率，总不可调整误差达到士1LSBMax（4.8mV）.如图4电路所示，基准电压2.5V由集成电路LM336－2.5提供，插针J21通过杜邦线与I／O口相连，以同步串行方式和单片机进行通信；模拟信号输入提供两个通道，当J19用跳线帽短接时，可由电位器RV2提供模拟信号输入，方便测试和仿真；J19断开后可以通过J20引入外部信号源.

图4 AD转换模块

2.3 温度传感器模块

温度传感器采用Dallas公司生产的单线数字温度传感器DSl8B20，该传感器是测温范围较广，支持“一线总线”接口，集温度测量、A／D转换于一体，可根据实际要求通过编程实现9～12位精度的温度读数.在如图5所示电路中，为了增加数据通信的稳定性，DQ端需接一个4.7K左右的上拉电阻.

图5 温度传感器模块

2.4 时钟模块

DS1302是DALLAS公司生产的一种具有涓细电流充电能力的时钟芯片，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能.图6所示是DS1302与MCU连接电路原理图.DS1302采用三线接口与单片机进行同步通信，并可采用突发方式1次传送多个字节的时钟信号或RAM数据；备用电源选用CR1220纽扣电池，在断电的情况下能保持走时一年以上.

图6 时钟模块

3 结束语

学生通过自己动手焊接PCB板，对枯燥的硬件电路有了具体的认识，再从简单的流水灯程序开始，由易到难的学习单片机编程，所编写的程序对与不对，均能够直观的在教学板上看到实验现象，这样一来，充分调动了学生的学习积极性.在此基础上，引导学生在单片机兴趣小组活动中学习高阶段的应用，例如，单片机使用TCP／IP转串口模块与计算机通信、单片机控制步进电机、单片机控制超声波测距模块等.

我系电子专业和电力专业的单片机课改教学采用本单片机教学板后，教学效果提升明显，学生的动手能力和程序编写能力大幅提升.在提高了教学质量的同时也改革了教学方法，得到了专业教师和学生的好评.

［1］ 丁向荣.STC系列增强型8051单片机原理与应用［M］.电子工业出版社，2011.

［2］ 郭天祥.新概念51单片机C语言教程［M］.电子工业出版社，2009.

［3］ 林 凌.一种基于ISP技术的单片机多功能教学平台［J］.实验技术与管理，2009（3）.