【摘要】本文主要闡述了現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的不足，并針對實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺的不足之處，提出了相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺;改進(jìn)設(shè)計;實(shí)現(xiàn)

1.現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺存在的不足及改進(jìn)設(shè)計方案

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺中，單片機(jī)芯片各引腳在印制電路板上已經(jīng)和對應(yīng)的模塊固定好了，在這種固定模式下，學(xué)生設(shè)計邏輯電路的空間很小，不利于學(xué)生深入思考和創(chuàng)新。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時，只要按照商家定義好的電路連接，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的指導(dǎo)下，正確輸入和操作，便能得到正確的結(jié)果。這樣的實(shí)驗(yàn)過程很難激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣，往往會出現(xiàn)應(yīng)付實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，達(dá)不到開設(shè)實(shí)驗(yàn)的目的。會做實(shí)驗(yàn)和會設(shè)計系統(tǒng)之間的差距很大。為了提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力，針對實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺的不足之處，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺在以下兩個方面做了相應(yīng)的改進(jìn)：

（1）本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個模塊在平臺上是相互獨(dú)立的。在改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺上，每個模塊都有獨(dú)立的輸入和輸出接口，學(xué)生需要哪個模塊就可以通過連接線和轉(zhuǎn)換板搭接起來，暫時用不上的模塊可以斷開。這樣既可以避免模塊之間的相互干擾，也方便學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際需求來搭建電路，為學(xué)生提供了自主設(shè)計的空間。

（2）考慮到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)容的完整性和趣味性，本章在原有實(shí)驗(yàn)平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行了模塊的添加與改進(jìn)，主要包括步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動模塊、16*16點(diǎn)陣模塊等。下面將詳細(xì)闡述各模塊的改進(jìn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

圖1 單片機(jī)端口連接圖

2.改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺各模塊設(shè)計

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺要求系統(tǒng)具有開放性，單片機(jī)的I/O資源要得到充分的利用。因此，AT89C51單片機(jī)芯片的各端口沒有固定在印制電路板上，而是與相應(yīng)的輸入和輸出接口相連。做實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生可通過連接線和轉(zhuǎn)換板靈活的選擇單片機(jī)端口搭建電路，實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用。單片機(jī)端口的連接如圖1所示。

2.1 步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動模塊設(shè)計

單片機(jī)各引腳提供的電平是無法驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)和繼電器的，故本課題增設(shè)了步進(jìn)電機(jī)和繼電器的驅(qū)動電路模塊，該模塊選用了ULN2003芯片驅(qū)動。ULN2003由一組達(dá)林頓管組成，有16個腳共7路驅(qū)動。引腳功能是：1～7腳為單片機(jī)脈沖輸入端;8腳為接地端;9腳為內(nèi)部7個續(xù)流二極管負(fù)極的公共端;16～10腳為脈沖信號輸出端，與1～7腳的輸入端一一對應(yīng)。該模塊用P0.0驅(qū)動一個繼電器，P0.0接ULN2003的1腳，ULN2003的16腳接繼電器線圈的一端， 繼電器線圈的另一端接+5V電源。當(dāng)P0.0為高電平時，繼電器吸合;當(dāng)P0.0為低電平時， 繼電器釋放。電路原理圖如圖2所示。

圖2 步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動模塊電路

2.2 16*16點(diǎn)陣模塊設(shè)計

LED顯示屏是一種新型的顯示媒體，是當(dāng)今大屏幕顯示的主流產(chǎn)品，它具有亮度高、使用壽命長、顯示內(nèi)容多樣、色彩豐富、對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，為了讓學(xué)生能夠很好的掌握用單片機(jī)控制LED顯示屏的能力，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺增加了16*16點(diǎn)陣電路模塊。該模塊采用RS232接口的第3腳（TXD）由計算機(jī)向控制電路發(fā)送字符或漢字內(nèi)碼;該內(nèi)碼被存儲在控制電路中，控制電路找出對應(yīng)該內(nèi)碼的點(diǎn)陣，然后向驅(qū)動電路發(fā)送行列選通信號;根據(jù)行列選通信號，顯示驅(qū)動電路負(fù)責(zé)向指定LED提供驅(qū)動電流。采用串行的方法，控制電路可以是一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位地傳到列驅(qū)動器，在硬件方面是十分經(jīng)濟(jì)的。解決串行傳輸中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時間問題，可以采用重疊處理的方法。這種方法需要列數(shù)據(jù)的顯示具有鎖存的功能。因此，該模塊選用帶鎖存輸出的8位移位寄存器74HC595作為LED顯示屏的列線驅(qū)動輸入。它是由各自獨(dú)立控制的一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。

圖3 16*16點(diǎn)陣模塊電路

該模塊使用了4塊74HC595和4塊8*8點(diǎn)陣構(gòu)成一個16*16點(diǎn)陣，可以完整的顯示一個漢字。P1.0與74HC595的DS端相連，輸入串行數(shù)據(jù);P1.1與SH_CP端相連，提供移位時鐘信號;P1.2與ST _CP端相連，提供鎖存時鐘信號。上一級74HC595芯片的Q7端與下一級74HC595芯片的DS端相連，實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)（即達(dá)到重疊處理的目的）。U16、U17、U18、U19芯片的Q0～Q7端用來驅(qū)動16*16點(diǎn)陣對應(yīng)的行和列。電路如圖3所示。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：雷媛媛（1979—），女，碩士，講師，主要從事電子信息方面的應(yīng)用研究和教學(xué)工作。