“一板多能”單片機開發板的設計

孫艷波

[摘要]很多高校相繼把具有CISC技術和RISC技術的嵌入式微控制器作為專業課程列入教學中。針對教學中單一開發板應用的局限性,論述基于嵌入式的MCS-51和PIC雙CPU“一板多能”特色開發板的設計,使用方便,成本低。不僅在教學中,而且對于單片機從業人員和開發人員都有很好的應用價值,為工業控制的應用提供了一個很好的平臺。

[關鍵詞]MCS-51PIC一板多能開發板

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710009-01

一、引言

近幾年國家教育部要求加大力度發展高職高專類院校,打造品牌特色。我們學校的計算機應用專業將具有RISC技術的MCS-51和CISC技術的PIC兩類單片機同時引入教學,為讓學生很好地掌握兩類微控制器的應用,經過在教學中的摸索和研究,對單一的開發板進行改革創新,將兩種技術的單片機開發功能結合在一塊板上,實現“一板多能”。

二、總體設計方案

本文主要研究基于MCS-51系列和PIC系列微控制器設計“一板多能”開發板,此開發板可以用51和PIC單片機分別控制各部分功能的實現,兩種微控制器可以插在獨立的接口卡上,可以根據不同開發環境通過撥碼開關進行控制。此開發板上所有目標設備或部件不變,只是用不同的微控制器并在相應的開發環境中進行源程序的編輯,用不同的編譯器進行編譯,并通過調試工具進行在線調試或開發應用。

圖1開發板框圖

三、CPU控制部分的設計

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,既可以實現51單片機的控制功能,完成對外部各部分的控制與應用;又可實現PIC的控制功能,完成PIC各接口的功能與應用。開發環境PIC用MPLAB IDE(MCC18編譯器)、MCS-51用uVision2(Keil C編譯器)實現。

由于本開發板是PIC單片機和51單片機的微處理器共用一塊目標板,且兩CPU芯片的接口卡設計在一塊電路板上。本設計是采用撥碼開關實現兩種微控制器分別對目標板的控制功能,將PIC的RB、RC、RD、RA和RE分別和MCS-51的P0、P1、P2、P3端口通過撥碼開關進行轉換,分別實現PIC和51的控制功能。這種轉換控制既簡單又方便。由于兩種微控制器的工作頻率和復位電壓不同,所以在設計的過程中,每種CPU有自己的晶振電路和復位電路。這樣的設計使它們的控制作用更穩定,實驗效果更佳。

四、輸入輸出功能的設計

本開發板設計了一個4*4的小鍵盤,主要完成鍵盤輸入功能;可通過按鍵實現掃描顯示功能或中斷功能,還可實現復位、時鐘切換、調整等功能。

SPI接口是串行外圍接口模塊,可實現串口的輸入輸出功能,一般實現近距離的串口通信。本開發板用SPI接口實現與數碼管的輸出功能;I2C接口是集成電路間的串行接口模塊,本開發板用此模塊完成PIC與外部EEPROM芯片的讀寫操作。

可用RA和RD端口與LCD進行通信,實現液晶顯示功能,本開發板嵌入了字符顯示模塊和漢字顯示模塊,可對輸出的信息進行LCD顯示。

五、擴展功能的設計

開發板上擴展了一個溫度傳感器芯片DS18B20,可實現溫度的測量,并通過數碼管或LCD顯示。還擴展了一個時間轉換芯片DS1302,并通過LCD或數碼管實現時間和日期的顯示。

繼電器廣泛用于生產控制的電力系統中,其作用是利用它的常閉和常開觸點進行電路切換。小型繼電器也常用作精密測量電路的轉換開關。本開發板用繼電器的吸合與斷開控制蜂鳴器發聲。

六、擴展接口的設計

本開發板用USART模塊實現PC機與單片機之間的串口通信,可實現接收和發送功能,可通過串口調試助手進行接收和發送的在線調試,可用RS-232或485作PC機與單片機之間的串行接口;還設計了USB接口;CAN總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一,它的出現為分布式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持,所以設計了CAN的功能。

七、“一板多能”開發板的特色

本開發板上可實現RISC和CISC兩種技術的單片機控制,可作為兩種類型單片機的初學者或深入學習的開發應用,既有基本的實驗功能,又擴展了一些常用接口的功能。兩控制器的轉換只用幾組撥碼開關就可以實現,無需進行芯片的插拔,也無需更換不同的目標板,使用方便、靈活,并且經濟、實在;可以將兩片這樣的開發板串接在一起,用RS-232或RS-485進行串口連接,可以實現雙CPU之間的通信。

參考文獻:

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