基于DVCC系列微機實驗系統單片機的改造設計方法研究

聶何婷 王文軍 肖萍 江西水利職業學院機電工程系

1.引言

目前，51系列單片機在各大高校中仍然廣泛應用，尤其是基礎教學當中。本文提出一種改造DVCC系列微機實驗系統單片機的方法，通過設計一塊新的以STC12C5A60S2為核心的電路板，替換原DVCC系列單片機核心控制模塊，同時保留該實驗系統外圍設備的方法，將DVCC系列單片機改造成為能夠使用Keil編譯軟件的通用單片機系統。該方法不僅節約了資源，降低了實驗室更新換代的成本，而且很大程度上提高了實驗箱的綜合性能。

2.DVCC系列微機實驗系統單片機介紹

我校實驗室引進的江蘇啟東計算機公司和東南大學計算機科學與工程系研制生產的 DVCC-52196JH+系列單片機教學實驗系統，是一套功能強大，接口豐富的實驗系統，可以實現包括A/D轉換實驗、D/A轉換實驗、8255A并行I/O口實驗、8253A定時/計數器實驗、8250串行通信實驗和電機控制實驗等多種功能。但是這套系統的實驗指導書在硬件部分并沒有提供完整的電路原理圖，導致學生在做實驗的時候并不清楚硬件電路是如何設計的，只是機械的接受。而這套系統的軟件是啟東公司開發的專用編譯軟件，需在WINDOWS9X/NT界面上運行，不適應于目前計算機的應用系統。軟件代碼部分僅提供匯編語言的源代碼，不提供C 語言的源代碼，與以后的開發設計脫節。早期的單片機實驗系統都是基于 MON51 監控程序的，功能比較單一，并不能將程序直接燒錄到單片機內部的 ROM 中，而是將程序裝載到外部的 RAM 中，都沒有采用當今主流的 ISP功能，開發系統也是淘汰的DVCC 系統。如果不對DVCC-52196JH做改造，實驗箱將面臨淘汰，造成資源浪費。

3.核心板設計

目前大多數單片機的實驗系統的CPU采用 Atmel 公司的AT89系列或宏晶公司的 STC系列，具備 IAP或ISP 功能，能夠滿足一般的實驗系統應用。本實驗系統改造采用增強型51 內核的STC12系列作為 CPU，替換原實驗系統中的DVCC系列單片機核心模塊，同時通過杜邦線與實驗箱上外圍硬件設備相連接進行改造，外圍設備保留經典的實驗項目，去除一些因功能陳舊而失去實際操作意義和使用價值的實驗，替換上一些數字化傳感器功能接口，以順應數字化的發展趨勢。實驗系統的開發環境采用目前廣泛使用的Keil μVision4，實現與STC12系列單片機的良好對接。此外考慮到目前部分筆記本電腦已經取消了 RS-232 通信串口，采用USB轉TTL接口電路替代原本的RS-232串口。因此，本次實驗系統改造的關鍵在CPU核心板的設計，相關電路具體介紹如下。

3.1 最小系統電路

本電路單片機采用了宏晶公司最新的單時鐘/機器周期1T增強型芯片STC12C5A60S2。該芯片具有高速、低功耗、超強抗干擾等特點，具備ISP編程功能,完全兼容8051系列單片機，且指令代碼速度快8-12倍。另有完整的P4口，可做復位。I/O口灌電流較STC系列增加2倍，驅動能力超強。芯片底座采用40腳鎖緊座，方便更換芯片。最小系統電路原理圖如下：

圖1 最小系統電路原理圖

3.2 USB下載及供電電路

本模塊采用南京沁恒電子有限公司設計生產的一款接口轉換及單片機外圍芯片CH340，支持USB2.0，可以實現USB轉串口、擴展計算機異步串口和USB轉IrDA紅外等功能。CH340較PL2303更穩定，不會出現由于不同驅動或不同電腦導致不兼容現象，本電路設置有電源指示燈和下載指示燈，方便直觀了解串口電路是否在工作。USB下載及供電電路原理圖如下：

圖2 USB下載及供電電路原理圖

3.3 電源電路及電源擴展接口

目前不少的傳感器、通訊模塊采用+5V或+3.3V電源供電，為了使實驗箱有更好的適應性，專門設計了+3.3.V供電及電源擴展口，可以外接超聲波、紅外測距傳感器、藍牙通訊模塊及ZigBee通訊模塊。其中5V電源電路可由DVCC實驗箱系統電源提供，或由USB供電，無需另外設計電路。電源電路及電源擴展接口原理圖如下：

圖3 電源電路及電源擴展接口原理圖

4.實驗

將核心板與DVCC實驗箱上8位LED燈電路模塊連接，LED燈能夠按照設定數據進行點亮，除此之外，還可進行數碼管、鍵盤、點陣等實驗，使實驗箱各硬件資源得到充分的利用。

5.結語

通過設計替換單片機核心控制模塊，解決了DVCC單片機實驗箱改造問題，該改造方法可靠性高，成本低，操作方便，可推廣到其他系列單片機實驗箱的改造中，節約開支，具備一定的經濟效益和社會效益。