摘?要：為了增加單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的功能性，解決單片機(jī)分層次教學(xué)，作者設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了一款多功能、雙核心的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。該實(shí)驗(yàn)箱采用了傳統(tǒng)51單片機(jī)和高性能STM32單片機(jī)作為控制核心，具有“單片機(jī)硬件認(rèn)知”“單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)踐”“綜合拓展”和“二次開(kāi)發(fā)”功能，可較好地應(yīng)用于51單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、STM32教學(xué)實(shí)踐、電子競(jìng)賽等活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：雙核心;單片機(jī);STM32;實(shí)驗(yàn)箱

目前，單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱仍大多采用傳統(tǒng)8051 內(nèi)核的單片機(jī)作為開(kāi)發(fā)對(duì)象，而市場(chǎng)上流行的高性能單片機(jī)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的卻較少。為了增加單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的功能性，解決單片機(jī)實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)，本文采用了“一塊硬件電路板雙控制核心”的方案，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了一款雙核心、多功能的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。[1]

1 單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)

1.1 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱總體設(shè)計(jì)

單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱以51單片機(jī)+STM32單片機(jī)為控制核心，由“硬件認(rèn)知”、“基礎(chǔ)實(shí)踐”、“綜合拓展”和“二次開(kāi)發(fā)”四大板塊組成。

1.2 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱主控芯片

單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱具有51單片機(jī)和STM32兩個(gè)控制核心。51單片機(jī)主控芯片：本實(shí)驗(yàn)箱選擇國(guó)產(chǎn)宏晶科技公司的高速/低功耗的STC89C52單片機(jī)。[2]該芯片擁有的靈巧的8位CPU和在線可編程Flash，使其在高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)得到了廣泛使用。STM32單片機(jī)主控芯片，本實(shí)驗(yàn)箱選擇ST公司開(kāi)發(fā)的STM32F103ZET6芯片。該芯片采用超低功耗的 ARM處理器內(nèi)核，芯體尺寸32位，速度可達(dá)72MHz，運(yùn)算速度比8051快得多;具有硬件資源豐富、低價(jià)格、低功耗、高性能等優(yōu)勢(shì)，能夠在經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)且復(fù)雜的功能。

1.3 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱控制單元的設(shè)計(jì)

1.3.1 單片機(jī)硬件認(rèn)知板塊

本實(shí)驗(yàn)箱硬件認(rèn)知板塊主要包括三個(gè)方面：（1）將硬件電路原理圖印制在了實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)蓋上，便于學(xué)生一打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱就可以直觀地觀察電路原理。（2）將電路典型元器件進(jìn)行插入式連接，便于實(shí)物認(rèn)知。[3]（3）將電路引腳分配印制在電路板絲印層上，便于硬件接線和軟件編程。

1.3.2 單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)踐板塊

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱采取模塊式設(shè)計(jì)思想，主要由LED流水燈、數(shù)碼管、蜂鳴器、按鍵、液晶顯示、點(diǎn)陣、繼電器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、EEPROM、溫度傳感器、紅外接收，共11個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)模塊組成，如圖1所示。

51單片機(jī)和STM32作為兩個(gè)獨(dú)立的控制核心，可以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)以上11個(gè)基礎(chǔ)模塊的控制。

1.3.3 單片機(jī)綜合拓展板塊

在51單片機(jī)和STM32的雙核心控制下，將基本板塊的11個(gè)基礎(chǔ)模塊，按不同的控制需求進(jìn)行任意組合，可以完成多種綜合拓展實(shí)驗(yàn)。例如：組合LED流水燈+數(shù)碼管模塊，可以實(shí)現(xiàn)交通燈倒計(jì)時(shí)功能;組合液晶顯示+按鍵+蜂鳴器模塊，可以實(shí)現(xiàn)病房呼叫或音樂(lè)盒功能;組合液晶顯示+溫度傳感器+繼電器模塊，可實(shí)現(xiàn)溫度自適應(yīng)調(diào)整等功能。[3]

1.3.4 單片機(jī)二次開(kāi)發(fā)功能的設(shè)計(jì)

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱采取易擴(kuò)展的設(shè)計(jì)思想：將51單片機(jī)和STM32的所有I/O引腳通過(guò)排針形式全部引出，方便對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)充和二次開(kāi)發(fā)。[4]在每個(gè)教學(xué)單元，引導(dǎo)學(xué)生自主焊接一些小的控制單元，例如交通燈控制單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、舵機(jī)控制單元等。讓學(xué)生將個(gè)人作品通過(guò)排線與實(shí)驗(yàn)箱I/O引腳進(jìn)行連接，驗(yàn)證個(gè)人控制單元功能，增加學(xué)習(xí)興趣。

2 單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)成果

設(shè)計(jì)完成的雙核心多功能單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱硬件電路板如圖2所示。

3 結(jié)語(yǔ)

文中對(duì)雙核心單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和做法進(jìn)行了分享。該實(shí)驗(yàn)箱可實(shí)現(xiàn)硬件認(rèn)知、基礎(chǔ)實(shí)踐、綜合拓展和二次開(kāi)發(fā)等功能，可同時(shí)滿足傳統(tǒng)51單片機(jī)和STM32的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和競(jìng)賽等創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁璐，潘麗.多核心單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014，22（14）：110-112+116.

[2]白龍，劉玉良，孫屹琛，武陽(yáng)陽(yáng)，程健愉，黃磊.基于STC89C52的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（05）：188-189.

[3]黃俊梅，羅丹妮，南楠.多功能模塊式單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)[J].信息與電腦（理論版），2019（06）：85-86+91.

[4]王仁彪，王亞麗，王奉良.基于模塊化的51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)套件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)新通信，2017，19（14）：138.