基于立创EDA的STC89C52单片机学习板设计与实现

位磊 刘怡 钟彪 杜康 张潮 李子都

摘要：文章用国产EDA软件设计并制作出一款以STC89C52为核心、适用于高校实践教学的单片机学习开发板。文华学院作为应用型本科院校，越来越重视实践教学改革方面的开发与探索，而单片机学习板是信息类专业学生及电子初学者必备的学习工具，结合实验室的实际实验教学需求，以提倡国产软件，培养工程意识为宗旨，设计并实现了该款满足个性化实践教学的51系列多功能单片机实验开发板。

关键词：立创EDA；stc89c52；学习板；单片机；个性化实验教学

中图分类号：TP75      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）27-0076-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

随着物联网技术的发展，单片机在智能仪表、通讯设备、导航系统、家用电器等方面的使用更加广泛。单片机原理与应用实验、单片机课程设计等实践课程也成为很多高校的电子信息工程、物联网、通信工程等专业学生在校学习期间必须完成的一项重要的动手实践活动。单片机学习板作为课程的核心必不可少，自制实验工具是个性化实践教学的根基。

常见的印制线路板开发软件有Altium Designer、PADS、Cadence Allegro等，此类软件功能较为全面，知识点繁多，并不适合在课时有限的电子工艺类课程中开展讲解[1]。针对这一现实问题，文华学院实验室尝试将国产立创EDA软件投入到实践教学中，在提高教学质量的同时，也使学生能够掌握对于国产EDA软件的使用。目前，该款EDA软件在国内已超过500所高校正在使用[2]。

2 立创EDA介绍

立创EDA是2017年深圳嘉立创公司研发的一款具有独立知识产权的国产电子仿真EDA工具，软件支持在线设计电路原理图和生产PCB印制电路板文件，设计过程中的文件可以实时上传到云端，不必担心文件的丢失与实训时间的间断[3]。

2.1高度的便捷性

立创EDA是开源软件，支持下载安装使用，也可以在线设计。在线设计是基于浏览器的EDA，不配置不下载，线上编辑器就能使用该软件，并且有断网编辑功能，设计者也不必担心断网而影响使用。

2.2丰富的元件库[4]

立创EDA有基础库和元件库两个库文件。基础库包含了常见的元件及对应的封装，而元件库最大的优点是共享，不同的设计者创建的原理图元件和 PCB 封装都可以选择共享在这个软件，元件库里包含了百万级别的元件及对应的封装[5]。

2.3一站式服务

立创EDA有仿真和标准兩种工作模式，可以自由切换，标准模式如图1所示。

这种一站式的使用体验，大大节省了不必要的非专业工作，非常有利于学生利用课余时间完成自己感兴趣的科研项目研发。立创EDA不仅是一个系统性的项目管理与设计平台，还是一个良好的学习资源分享平台。

2.4人性化设计

立创EDA软件操作灵活，学生可以在2个学时课堂内快速上手开发，电子设计项目开发周期缩短。不仅针对学时有限的电子工艺类课程、课程设计、实训，而且在开放式、个性化实践教学的学科竞赛、电子产品研发中发挥重要作用。立创 EDA 还特有一个专门面向高校教师的教育版，教师利用教育版可以组建班级，快捷地对学生进行管理。

3 系统需求分析

STC89C52单片机学习板系统需求主要内容包括两个方面。

1）总体设计思路与功能要求，根据系统需求分析确定单片机学习开发所要达到的目的，不仅是要增强学生动手能力，还可以让学生系统地学习单片机设计开发知识，并且根据课程教学计划来对实验平台所需要的各项功能进行分析和规划，明确实验训平台所需要的主要芯片类型，下载方式，功能模块，编程方法等。

2）学习板的硬件设计，该单片学习开发板是以STC公司的STC89C52单片机为核心，最大限度利用其片上资源，并在外围配置LED灯、数码管、蜂鸣器、矩阵按键、DS18B20等多个模块。本开发板不仅可以完成单片机课程的实验教学，同时学生可以利用开发板完成单片机相关项目的开发，在实际应用中，通过开发板实现单片机项目化教学，提高了学生学习单片机的兴趣。

4 总体设计思路与功能要求

4.1设计思路

设计制作一款单片机学习开发板，首先要明确它是用来做什么的，要实现一个怎么样功能，达到怎么样的效果，需要考虑的因素有如下3个方面。

1）学习板设计，不仅满足单片机理论课内实验教学中的要求，而且要满足学生课外的个性化实践学习需求。并且进行单片机开发板实验在增强学生动手能力的同时，也能让学生更系统地学习单片机设计开发知识，并让学生掌握软件编程的技巧。

2）考虑到众多的电子器件都在往更小、更快、更便捷发展，所以学习板的体积要小、实现串口下载和USB下载供电一体化，有电脑即可学习。

3）各功能模块之间布置合理，直观明了，方便学生观察实验现象，提升课堂教学效果。

该学习板的硬件组成，如图2所示。

4.2功能要求

依据文华学院信息科学与技术学部实验室的单片机教学计划，开发板核心控制元件采用由经典的MCS—51核心的STC89C52单片机，该芯片的速度是普通51单片机速度的8～12倍。对于程序的下载，选用了当前比较主流的且成本较低的USB转串口下载方式，一台电脑、一根USB线即可完成程序的下载，更加便捷。

该款单片机学习板功能模块包括：继电器、蜂鸣器、8个LED灯、矩阵键盘、4个独立按键、2个四位一体数码管、CH340B下载电路、复位、时钟源等基本模块。此外，还加入了红外接收、超声波、DS18B20温度传感器模块，可供有个性化教学需求的学生去做拓展学习。

5 硬件电路设计

在设计和制作的过程中，首先是由复位电路和晶振电路及单片机构成的最小系统。单片机学习板最小系统如图3所示[6]。

单片机开发板的制作涉及单片机最小系统、指示模块、电源模块、输入模块和扩展模块。指示模块由8个共阳极LED灯，两个四位一体共阴极数码管和蜂鸣器、继电器构成。电源模块由CH340 USB总线转接芯片构成，实现USB转串口并为单片机供电。输入模块由4×4矩阵按键构成，可通过跳冒与独立按键之间进行切换。扩展模块由DS18B20温度传感器构成。

以单片机最小系统为中心，绘制各功能模块的原理图，将各部分模块拼接起来即可完成整体搭建，单片机学习板电路原理图如图4所示。

6 印制电路板组装

采用立创EDA教学版绘制原理图后，检查核对电路的合理性，正确性，电气特性。结合元件尺寸，给每个元件设置好封装类型；使用软件自动布线生成PCB板。检查封装元件布局有无缺陷，注意考虑如下4个因素。

1）滤波电容需要放置在尽量靠近被滤波的对象处；

2）晶振应该放置在尽量靠近芯片晶振引脚处，且晶振中间不能走线，比如滤波电容就应该放在相应的芯片附近；

3）相邻两层的走线不要重合；

4）完整具有实际使用价值的PCB是需要符合相应的PCB规则的，这些规则就是设计要求。

单片机学习板最终PCB板封装面、元件焊接孔、焊接面，如图5～图7所示。

根据电路原理图、PCB图装配图导出材料清单表，采购对应的元器件。并将元件有序地安装、焊接到PCB板上，安装与焊接过程中注意以下细则：

1）引脚加工尺寸及成形应符合装配工艺要求；

2）元件高度及字符方向应符合工艺要求；

3）元件安装横平竖直；

4）焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺；

5）焊盘不应脱落；

6）修脚长度适当，一致，美观；

7）元器件安装牢固，排列整齐；

8）无烫伤和划伤，整机清洁无污物见成品，如图8～图9所示。

7 学习板的测试

使用USB2.0数据线连接至电脑，安装USB转串口CH340驱动，采用stc-isp-15xx-v6.86r下载软件可烧录程序，即可测试开发板功能。以中断实验为例对组装好的学习板进行功能测试。测试实验项目是“使用外部中断来控制LED灯的亮灭”。

由开发板原理图如图4所示可看出，外部中断接在单片机的P3.2和P3.3引脚，而这两个引脚又与独立按键S9和S13相连，所以使用这两个按鍵其中的一个作为触发源，利用Keil软件编辑好测试程序。

测试程序如下：

/**/

#include

sbit p2_0=P2^0;

void exti0_init（void）

{

IT0=1;//跳变沿触发方式（下降沿）

EX0=1;//打开 INT0 的中断允许

EA=1;//打开总中断

}

void main（）

{

exti0_init（）;

while（1）

{

}

}

void LED_control（） interrupt 0

{

p2_0=～p2_0;

}

用USB线将开发板和电脑连接成功后，把编译后 产生的.hex文件通过stc-isp下载软件烧入到芯片内；实现现象为按键独立按键S9即可实现LED2状态的翻转，测试成功，现象如图10所示。

8 结束语

以文华学院信息科学与技术学部实验室实践教学需求为背景，使用国产立创EDA软件，围绕实践项目内容为导向的设计思路，设计与制作了一款教学型单片机学习板，能够满足初学者基本需要。

下一阶段，将在该学习板基础上做扩展模块，如电机驱动、拨动开关，扬声器、存储芯片、AD/DA等模块。同时，增加USB、RS232接口、Wi-Fi接口及2.5G无线接口。这一列的过程都是不断地完善和落实通讯的应用，保障整体的功能，为物联网的广泛应用做好技术储备[7]。以此满足大三、大四学生做课程设计和毕业设计的功能需要，有利于学生在本科期间对单片机的理论，有利于实践知识有更深层次的理解，有利于个性化实践教学项目的开展。

参考文献：

[1] 龙顺宇，杨伟，邝国旺，等.立创EDA软件在电子工艺课程BJT共射放大电路实训中的应用[J].电子制作，2019（21）：74-76.

[2] 杨蕊.工程教育专业认证目标下的电子类课程教学质量研究——基于中外电子仿真软件的比较[J].电子制作，2021（24）：61-63.

[3] 杨伟，龙顺宇，邝国旺，等.立创EDA教育版软件在电子信息类课程实训中的应用[J].电子测试，2019（23）：119-120，126.

[4] 叶成彬，陈贤钰，陈凌峰.立创EDA在高校电子类创新实验室的应用[J].微型电脑应用，2022，38（1）：164-166，177.

[5] 权海平.巧用立创EDA软件和Altium Designer软件设计电路[J].电子制作，2019（24）：26-28.

[6] 李群芳，肖看，关新，等.单片机微型计算机与接口技术[M].5版.北京：电子工业出版社，2015（10）.

[7] 程鹏飞.浅析单片机开发板的设计与制作[J].电子测试，2019（1）：33-34.

【通联编辑：谢媛媛】