新型單片機實訓平臺的探索與設計唐啟見

周文輝

摘 要：本文提出了一種新的單片機實訓平臺的設計思路，根據湖南省應用電子技術專業技能抽查要求，并結合大多數高職院校單片機課程的教學需求而設計的模塊化、系統化的單片機教學實驗平臺。既能滿足專業技能抽查的教學需求，又能滿足高職院校單片機課程教學、課程設計、畢業設計等教學需要，教學操作直觀、方便。

關鍵詞：單片機 新型 實訓平臺 設計

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0016-02

1 新型單片機實訓平臺概述

本實驗平臺由單片機實驗箱、USB2.0數據線、三口電源線、杜邦線若干、產品說明書以及配套光盤組成。其中光盤內容包括：實訓項目的源代碼、教學視頻、教學PPT、相關開發軟件（KEILC51、ISP下載軟件、PROTEL 99 SE、PROTUS 8.0（破解版）、POWER PCB 5.0（破解版）、字模生成軟件）與相關芯片的數據手冊。

實驗箱采用鋁合金框架，上下面板采用高強度高密板，尺寸長425 mm，寬298 mm，高100 mm，實驗板尺寸長358 mm，寬280 mm。系統配置98/2000/XP/WIN7等操作平臺。本單片機實驗平臺總體上是系統總線掛載各個功能模塊的系統架構，整個實驗箱包含技能抽查、常規教學和二次開發三個模塊。同時為滿足高職院校單片機教學在實驗內容完整性方面的要求，另外增加了RAM擴展、譯碼、開關量輸入、ISP下載及UART串行通信等模塊。

2 實驗箱的原理設計

實驗箱按功能可劃分為三個主要模塊：技能抽查模塊、常規教學模塊和二次開發模塊。技能抽查模塊根據《湖南省高等職業院校應用電子技術專業技能抽查標準》對學生考核的要求進行設計，編寫相應的源程序以供教學參考。常規教學模塊主要是根據單片機崗位能力的需求進行設計的，如電機控制、RAM擴展、數據采集、光電耦合等，增強了本實訓平臺的適用范圍。二次開發模塊主要為學生在創新、功能擴展方面設計的，如將主控芯片的所有功能控制引腳、GPIO口等全部引出，大部分集成芯片都通過管座進行活口設計，可根據不同實驗要求進行芯片的更換。

新型單片機實驗平臺的最小系統中標配的單片機芯片（可以更換）選擇的是國產宏晶科技生產的STC89C52R2。對于初學者，構造簡單明了的STC比較適合入門，而且STC的數據手冊有大量的程序實例，可供學生參考。STC系列單片機與AT系列同型號比起來有著更高的數據存儲空間（例如STC89c52R2有512字節數據存儲空間2k的EEPROM，AT89C52只有256字節的數據存儲空間沒有內置的EEPROM），更快的執行速度，更低廉的價格。AT系列單片機需要昂貴的下載器才能下載程序，而STC則支持串口SPI在線下載，不需要下載器（見圖1）。

2.1 技能抽查模塊

通過認真研究《湖南省高等職業院校學生應用電子專業技能抽查標準與題庫叢書》，本平臺設計了由“8路LED、8位共陽極數碼管、8*8LED點陣”組成的顯示模塊、由“4位獨立鍵盤”和“4*4矩陣鍵盤”組成的輸入模塊、溫度傳感器（DS18B20）和數字時鐘（DS1302）模塊。所有模塊電路的設計與技能抽查標準要求一致，為學生提供了一個標準的技能實訓環境（見表1）。

2.2 常規教學模塊

為了與單片機社會崗位能力相適應，本平臺提供了一整套最基本常用的開發模塊。例如：“液晶顯示，電機控制，D/A，A/D互轉”等。其中液晶顯示器配置有帶字庫的12864和無字庫的1602用來進行圖文顯示。兩種液晶的驅動方式各不相同（有字庫和無字庫），但代表了市面上大部分LCD液晶的控制模式。電機則為直流電機和步進電機，直流電機采用的是常用的H橋驅動方式，由四個三極管控制驅動，既能滿足直流電機的高功耗，又能便利地通過四路PMW調節轉速和轉向。在步進電機的驅動電路設計中，為了大電流供電的穩定，不至于因單片機的電流過大而燒毀單片機，因此，步進電機沒有與單片機直連，步進電機的電力來自專門提供大電流驅動的ULN2003芯片，單片機通過ULN2003向步進電機輸送功率（見表2）。

2.3 二次開發模塊

本平臺設計了一個二次開發模塊，使得整個實訓平臺成為一個半開放式的實驗平臺。二次開發模塊包括一個二次開發接口，一對通信模塊和一個電源支持模塊。二次開發接口將單片機所有的通用I/O口全數引出，供學生進行自主創新設計，同時本單片機實驗平臺還提供多種電源支持，保證了與外界自制模塊的兼容性，也節約了日后二次開發的成本，方便、實惠。

3 結語

本平臺的設計思路從市場和崗位能力需求出發，經過廣泛市場調研，根據單片機崗位能力需求進行了常規的基礎模塊的設計，為學生崗位能力的培養提供了周密的考慮，將湖南省專業技能抽查納入設計范疇的系統化、模塊化的單片機實驗平臺。從培養學生創新能力的角度出發，設計了二次開發模塊，為學生的二次開發提供系統環境，節約成本。整個實驗平臺基本上采用當前比較先進、主流的芯片進行設計，如摒棄了74LS系列而采用了74HC系列芯片，摒棄了AT89S系列單片機而采用了STC系列單片機，更符合當前單片機崗位能力的需求。

參考文獻

[1] 高博，周婷，彭珍瑞.“單片機原理及應用”課程實驗教學改革[J].中國電力教育，2010（1）.

[2] 黃光華.以創新能力為目標的單片機實驗教學改革[J].產業與科技論壇，2011.

[3] 徐坤，吳定允，周子昂，等.單片機實驗教學平臺若干問題的思考及改進方案[J].周口師范學院學報，2011.

[4] 伍松，張彥會.高校單片機實驗教學改革與新探索[J].大眾科技，2011.endprint

摘 要：本文提出了一種新的單片機實訓平臺的設計思路，根據湖南省應用電子技術專業技能抽查要求，并結合大多數高職院校單片機課程的教學需求而設計的模塊化、系統化的單片機教學實驗平臺。既能滿足專業技能抽查的教學需求，又能滿足高職院校單片機課程教學、課程設計、畢業設計等教學需要，教學操作直觀、方便。

關鍵詞：單片機 新型 實訓平臺 設計

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0016-02

1 新型單片機實訓平臺概述

本實驗平臺由單片機實驗箱、USB2.0數據線、三口電源線、杜邦線若干、產品說明書以及配套光盤組成。其中光盤內容包括：實訓項目的源代碼、教學視頻、教學PPT、相關開發軟件（KEILC51、ISP下載軟件、PROTEL 99 SE、PROTUS 8.0（破解版）、POWER PCB 5.0（破解版）、字模生成軟件）與相關芯片的數據手冊。

實驗箱采用鋁合金框架，上下面板采用高強度高密板，尺寸長425 mm，寬298 mm，高100 mm，實驗板尺寸長358 mm，寬280 mm。系統配置98/2000/XP/WIN7等操作平臺。本單片機實驗平臺總體上是系統總線掛載各個功能模塊的系統架構，整個實驗箱包含技能抽查、常規教學和二次開發三個模塊。同時為滿足高職院校單片機教學在實驗內容完整性方面的要求，另外增加了RAM擴展、譯碼、開關量輸入、ISP下載及UART串行通信等模塊。

2 實驗箱的原理設計

實驗箱按功能可劃分為三個主要模塊：技能抽查模塊、常規教學模塊和二次開發模塊。技能抽查模塊根據《湖南省高等職業院校應用電子技術專業技能抽查標準》對學生考核的要求進行設計，編寫相應的源程序以供教學參考。常規教學模塊主要是根據單片機崗位能力的需求進行設計的，如電機控制、RAM擴展、數據采集、光電耦合等，增強了本實訓平臺的適用范圍。二次開發模塊主要為學生在創新、功能擴展方面設計的，如將主控芯片的所有功能控制引腳、GPIO口等全部引出，大部分集成芯片都通過管座進行活口設計，可根據不同實驗要求進行芯片的更換。

新型單片機實驗平臺的最小系統中標配的單片機芯片（可以更換）選擇的是國產宏晶科技生產的STC89C52R2。對于初學者，構造簡單明了的STC比較適合入門，而且STC的數據手冊有大量的程序實例，可供學生參考。STC系列單片機與AT系列同型號比起來有著更高的數據存儲空間（例如STC89c52R2有512字節數據存儲空間2k的EEPROM，AT89C52只有256字節的數據存儲空間沒有內置的EEPROM），更快的執行速度，更低廉的價格。AT系列單片機需要昂貴的下載器才能下載程序，而STC則支持串口SPI在線下載，不需要下載器（見圖1）。

2.1 技能抽查模塊

通過認真研究《湖南省高等職業院校學生應用電子專業技能抽查標準與題庫叢書》，本平臺設計了由“8路LED、8位共陽極數碼管、8*8LED點陣”組成的顯示模塊、由“4位獨立鍵盤”和“4*4矩陣鍵盤”組成的輸入模塊、溫度傳感器（DS18B20）和數字時鐘（DS1302）模塊。所有模塊電路的設計與技能抽查標準要求一致，為學生提供了一個標準的技能實訓環境（見表1）。

2.2 常規教學模塊

為了與單片機社會崗位能力相適應，本平臺提供了一整套最基本常用的開發模塊。例如：“液晶顯示，電機控制，D/A，A/D互轉”等。其中液晶顯示器配置有帶字庫的12864和無字庫的1602用來進行圖文顯示。兩種液晶的驅動方式各不相同（有字庫和無字庫），但代表了市面上大部分LCD液晶的控制模式。電機則為直流電機和步進電機，直流電機采用的是常用的H橋驅動方式，由四個三極管控制驅動，既能滿足直流電機的高功耗，又能便利地通過四路PMW調節轉速和轉向。在步進電機的驅動電路設計中，為了大電流供電的穩定，不至于因單片機的電流過大而燒毀單片機，因此，步進電機沒有與單片機直連，步進電機的電力來自專門提供大電流驅動的ULN2003芯片，單片機通過ULN2003向步進電機輸送功率（見表2）。

2.3 二次開發模塊

本平臺設計了一個二次開發模塊，使得整個實訓平臺成為一個半開放式的實驗平臺。二次開發模塊包括一個二次開發接口，一對通信模塊和一個電源支持模塊。二次開發接口將單片機所有的通用I/O口全數引出，供學生進行自主創新設計，同時本單片機實驗平臺還提供多種電源支持，保證了與外界自制模塊的兼容性，也節約了日后二次開發的成本，方便、實惠。

3 結語

本平臺的設計思路從市場和崗位能力需求出發，經過廣泛市場調研，根據單片機崗位能力需求進行了常規的基礎模塊的設計，為學生崗位能力的培養提供了周密的考慮，將湖南省專業技能抽查納入設計范疇的系統化、模塊化的單片機實驗平臺。從培養學生創新能力的角度出發，設計了二次開發模塊，為學生的二次開發提供系統環境，節約成本。整個實驗平臺基本上采用當前比較先進、主流的芯片進行設計，如摒棄了74LS系列而采用了74HC系列芯片，摒棄了AT89S系列單片機而采用了STC系列單片機，更符合當前單片機崗位能力的需求。

參考文獻

[1] 高博，周婷，彭珍瑞.“單片機原理及應用”課程實驗教學改革[J].中國電力教育，2010（1）.

[2] 黃光華.以創新能力為目標的單片機實驗教學改革[J].產業與科技論壇，2011.

[3] 徐坤，吳定允，周子昂，等.單片機實驗教學平臺若干問題的思考及改進方案[J].周口師范學院學報，2011.

[4] 伍松，張彥會.高校單片機實驗教學改革與新探索[J].大眾科技，2011.endprint

摘 要：本文提出了一種新的單片機實訓平臺的設計思路，根據湖南省應用電子技術專業技能抽查要求，并結合大多數高職院校單片機課程的教學需求而設計的模塊化、系統化的單片機教學實驗平臺。既能滿足專業技能抽查的教學需求，又能滿足高職院校單片機課程教學、課程設計、畢業設計等教學需要，教學操作直觀、方便。

關鍵詞：單片機 新型 實訓平臺 設計

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0016-02

1 新型單片機實訓平臺概述

本實驗平臺由單片機實驗箱、USB2.0數據線、三口電源線、杜邦線若干、產品說明書以及配套光盤組成。其中光盤內容包括：實訓項目的源代碼、教學視頻、教學PPT、相關開發軟件（KEILC51、ISP下載軟件、PROTEL 99 SE、PROTUS 8.0（破解版）、POWER PCB 5.0（破解版）、字模生成軟件）與相關芯片的數據手冊。

實驗箱采用鋁合金框架，上下面板采用高強度高密板，尺寸長425 mm，寬298 mm，高100 mm，實驗板尺寸長358 mm，寬280 mm。系統配置98/2000/XP/WIN7等操作平臺。本單片機實驗平臺總體上是系統總線掛載各個功能模塊的系統架構，整個實驗箱包含技能抽查、常規教學和二次開發三個模塊。同時為滿足高職院校單片機教學在實驗內容完整性方面的要求，另外增加了RAM擴展、譯碼、開關量輸入、ISP下載及UART串行通信等模塊。

2 實驗箱的原理設計

實驗箱按功能可劃分為三個主要模塊：技能抽查模塊、常規教學模塊和二次開發模塊。技能抽查模塊根據《湖南省高等職業院校應用電子技術專業技能抽查標準》對學生考核的要求進行設計，編寫相應的源程序以供教學參考。常規教學模塊主要是根據單片機崗位能力的需求進行設計的，如電機控制、RAM擴展、數據采集、光電耦合等，增強了本實訓平臺的適用范圍。二次開發模塊主要為學生在創新、功能擴展方面設計的，如將主控芯片的所有功能控制引腳、GPIO口等全部引出，大部分集成芯片都通過管座進行活口設計，可根據不同實驗要求進行芯片的更換。

新型單片機實驗平臺的最小系統中標配的單片機芯片（可以更換）選擇的是國產宏晶科技生產的STC89C52R2。對于初學者，構造簡單明了的STC比較適合入門，而且STC的數據手冊有大量的程序實例，可供學生參考。STC系列單片機與AT系列同型號比起來有著更高的數據存儲空間（例如STC89c52R2有512字節數據存儲空間2k的EEPROM，AT89C52只有256字節的數據存儲空間沒有內置的EEPROM），更快的執行速度，更低廉的價格。AT系列單片機需要昂貴的下載器才能下載程序，而STC則支持串口SPI在線下載，不需要下載器（見圖1）。

2.1 技能抽查模塊

通過認真研究《湖南省高等職業院校學生應用電子專業技能抽查標準與題庫叢書》，本平臺設計了由“8路LED、8位共陽極數碼管、8*8LED點陣”組成的顯示模塊、由“4位獨立鍵盤”和“4*4矩陣鍵盤”組成的輸入模塊、溫度傳感器（DS18B20）和數字時鐘（DS1302）模塊。所有模塊電路的設計與技能抽查標準要求一致，為學生提供了一個標準的技能實訓環境（見表1）。

2.2 常規教學模塊

為了與單片機社會崗位能力相適應，本平臺提供了一整套最基本常用的開發模塊。例如：“液晶顯示，電機控制，D/A，A/D互轉”等。其中液晶顯示器配置有帶字庫的12864和無字庫的1602用來進行圖文顯示。兩種液晶的驅動方式各不相同（有字庫和無字庫），但代表了市面上大部分LCD液晶的控制模式。電機則為直流電機和步進電機，直流電機采用的是常用的H橋驅動方式，由四個三極管控制驅動，既能滿足直流電機的高功耗，又能便利地通過四路PMW調節轉速和轉向。在步進電機的驅動電路設計中，為了大電流供電的穩定，不至于因單片機的電流過大而燒毀單片機，因此，步進電機沒有與單片機直連，步進電機的電力來自專門提供大電流驅動的ULN2003芯片，單片機通過ULN2003向步進電機輸送功率（見表2）。

2.3 二次開發模塊

本平臺設計了一個二次開發模塊，使得整個實訓平臺成為一個半開放式的實驗平臺。二次開發模塊包括一個二次開發接口，一對通信模塊和一個電源支持模塊。二次開發接口將單片機所有的通用I/O口全數引出，供學生進行自主創新設計，同時本單片機實驗平臺還提供多種電源支持，保證了與外界自制模塊的兼容性，也節約了日后二次開發的成本，方便、實惠。

3 結語

本平臺的設計思路從市場和崗位能力需求出發，經過廣泛市場調研，根據單片機崗位能力需求進行了常規的基礎模塊的設計，為學生崗位能力的培養提供了周密的考慮，將湖南省專業技能抽查納入設計范疇的系統化、模塊化的單片機實驗平臺。從培養學生創新能力的角度出發，設計了二次開發模塊，為學生的二次開發提供系統環境，節約成本。整個實驗平臺基本上采用當前比較先進、主流的芯片進行設計，如摒棄了74LS系列而采用了74HC系列芯片，摒棄了AT89S系列單片機而采用了STC系列單片機，更符合當前單片機崗位能力的需求。

參考文獻

[1] 高博，周婷，彭珍瑞.“單片機原理及應用”課程實驗教學改革[J].中國電力教育，2010（1）.

[2] 黃光華.以創新能力為目標的單片機實驗教學改革[J].產業與科技論壇，2011.

[3] 徐坤，吳定允，周子昂，等.單片機實驗教學平臺若干問題的思考及改進方案[J].周口師范學院學報，2011.

[4] 伍松，張彥會.高校單片機實驗教學改革與新探索[J].大眾科技，2011.endprint