实现了实验电路全面和实用、使用方便的P89V51RB2单片机实验箱设计
引言
单片机，是嵌入式处理器的一大类（另外还有dsp、fpga等），具有高度集成、体积小、功耗低、降低成本等诸多优点。随着单片机技术的不断发展，单片机在微机控制领域占据着重要地位，由于其具有体积小、可靠性好、易扩展、控制功能强、使用方便等优点，在智能仪表、工业测控、计算机网络与通信设备、日常生活及家用电器等方面都得到了广泛的应用［1~2］。单片机已广泛应用于工业控制、智能家用电器、通讯、医疗和军事等众多领域，社会对掌握单片机技术的应用型人才的需求越来越大［3］。
本设计的实验箱采用了数字逻辑，单片机原理，电路基础，动态数码管扫描等各个方面的理论依据。单片机原理是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，单片机依靠程序运行，并且可以修改。单片机通过编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。
1 设计概述及目的 本设计是制作一个实验箱，并对其进行实验和软件程序设计。实验箱中包括mcu、基础外设和扩展外设。
从国内同行业情况来看，单片机实验箱没有高精度集成，但是本次设计的实验箱基本做到了高集成、高效率，以及可靠性等。系统的设计过程，首先要了解实验箱各部分基本逻辑、原理，用protel99se进行原理图和pcb绘制，再用腐蚀板制作成板，最后用汇编语言进行软件调试和程序设计。
2 系统mcu及基本外设 2.1 p89v51 rb2单片机最小系统 如图1所示，为p89v51rb2单片机的最小系统电路原理图。所谓最小系统是指能够使单片机工作起来的最基本的电路形式。单片机与简单的接口电路相结合即可构成单片机最小系统，是单片机的基础应用，并且具有强大的扩展优势，被人们广泛应用［4］。一个实际的应用电路都是以最小系统为基础建立起来的。
2.2 5v直流电源模块 为了提高系统的稳定和实验效果，电源模块直接通过usb输入5v的直流电源电压，为单片机系统提供正常的工作电压。为了能给输出电源足够的滤波效果，本系统采用470？f和100nf的并联电路作为滤波电容。如图2所示。
2.3 rs-232转uart uart是通用异步串行口的意思，通用异步接收/发送装置，具有可编程性和高度兼容性，在数字通信及控制系统等各种嵌入式领域中得到了广泛的应用［5］.rs232是个人计算机的通讯接口之一，也是uart的一种，它采用232电平。rs232只是一种电平信号，只需要用fpga做一个异步串行口。当信号从fpga出来后通过ttl到232.
如图3所示，其中的c1，c2，c3起滤波的作用，不同颜色的led灯两端导通压降不同，因此需要不同的电阻分压。
3 主要外设扩展 3.1 74hc00与非门扩展 如图4所示，74hc00由4个2输入与非门构成。这2个部分均是由与门逻辑和非门逻辑组合而成的“与非门”逻辑电路。
3.2 数据移位电路 本电路完成数据移位的功能。由施密特反相器74hc14，8位串行输入移位寄存器74hc164，三态门74hc125组成。施密特反相器74hc14提供非逻辑并有效的保证了电平采集的可靠性。
3.3 振荡分频与8位二进制计数器 74hc4060是专门的多通道不同频率脉冲信号产生芯片。mr高电平复位。因此如图6所示，接了gnd之后芯片可以一直工作。为使其芯片工作，必须要一个外部振荡源，y1提供32768hz的晶体振荡源，并分别与cout管脚和cin接通。
4 软件设计及其实验 4.1 led灯及开关模块 如图7所示，发光二极管led是一类特殊的二极管，除了符合普通的二极管的基本特性，还因为自身正向导通压降较高，因此在正向导通时会发出红，黄，绿，蓝等光。对于不同颜色的发光管它的导通电压为1.5v，绿色为1.8v，发光管的亮度取决于流过它的电流的大小。电路上的电阻起着限流的作用。以免过流损坏。本设计要做的是通过各种方式实现led 灯发光。
4.2 软件控制八个led闪烁 首先连接硬件电路。确定电源模块供电正常，最小系统模块，rs-232转uart模块供电。将实验系统的led模块和最小系统中的p1口链接起来。经过74hc04的一个非门后链接到发光二极管的负极。假如单片机的p1.0口输出高电平1，那么经过反相器转变为低电平0后，即可驱动led发光。通过调用delay使单片机p1.0口的输出信号维持“停顿”状态。通过编写程序，对不同的i/o口控制，进行一定规律的点亮和熄灭。
4.3 开关控制led灯发光 首先连接硬件电路。确定电源模块供电正常，最小系统模块，rs-232转uart模块供电。将单片机p1口和led相连接，作为输出。将单片机p0口和开关相连接。由于i/o口会读入和写出数据。从而通过编程完成开关控制led指示灯的功能。
4.4 数据移位模块系统测试 在计算机系统中为了高效地实现计算机系统之间的远距离通信，且要使通信电路简单、可靠，则采用串行输入、并行输出的方式，移位寄存器的作用就是实现并行输入、串行输出或串行输入、并行输出。这里采用的是串行输入、并行输出。
此电路可以存储串行8位数据的输入。由于加在输入端上的数据可以移位读入，因此称之为移位寄存器。因为在cp的上升沿进行移位，因此也使该cp成为移位脉冲。
实验中将并行输出端和led连接。通过按键输入串行的逻辑“1”、“0”并在led上观察并行的输出结果。
4.5 振荡分频器和8位二进制计数器实验 振荡分频器，采用了一个三向晶振提供基础时钟振荡。通过4060对时钟信号进行了整理和分频。这里可以通过跳线选择2khz~2hz之间的9种频率。然后将振荡信号送入8位二进制计数器。
计数器是计算机系统最常用的时序电路之一，除了可以对时钟脉冲计数外，也可以用于分频、定时及产生各种时序信号。393将串行输入的时钟信号作累加，并将结果以并行八位输出的模式输出。用输出端控制8盏led灯，可以很好地看出其在不同频率下累加的效果。
总结 本设计是制作一个p89v51rb2实验箱，并对其进行实验和软件程序设计。与传统的实验箱相比，使用方便，读数准确，所包含的实验电路全面且实用。为了满足目前高等学院的需求，还在现有的实验箱的基础上加入其他的功能如汇编语言等。
妙趣横生的电子小知识：初识晶体管
先进的电源开关技术支持新兴应用
开关电源组成原理图和测试的“五大”原则
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三星Galaxy S10 Lite通过FCC认证，采用后置三摄像头设计
PCB行业寒冬即将来临
基于FPGA的数字滤波器的设计与实现
你只知道人工智能即将爆发，却不知它背后的黑科技
魔视智能MOTOVIS荣获高工智能汽车「2023年度智能网联软硬件百强供应商奖」
韩企考虑缩减在华业务
医疗液晶屏的选型
基于TMS320DM643嵌入式系统的数字电视信号传输采集系
晶硅太阳能光伏组件结构
USB PD控制推动IC配合Type-C接口需求大爆发
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1 设计概述及目的 本设计是制作一个实验箱，并对其进行实验和软件程序设计。实验箱中包括mcu、基础外设和扩展外设。
从国内同行业情况来看，单片机实验箱没有高精度集成，但是本次设计的实验箱基本做到了高集成、高效率，以及可靠性等。系统的设计过程，首先要了解实验箱各部分基本逻辑、原理，用protel99se进行原理图和pcb绘制，再用腐蚀板制作成板，最后用汇编语言进行软件调试和程序设计。
2 系统mcu及基本外设 2.1 p89v51 rb2单片机最小系统 如图1所示，为p89v51rb2单片机的最小系统电路原理图。所谓最小系统是指能够使单片机工作起来的最基本的电路形式。单片机与简单的接口电路相结合即可构成单片机最小系统，是单片机的基础应用，并且具有强大的扩展优势，被人们广泛应用［4］。一个实际的应用电路都是以最小系统为基础建立起来的。
2.2 5v直流电源模块 为了提高系统的稳定和实验效果，电源模块直接通过usb输入5v的直流电源电压，为单片机系统提供正常的工作电压。为了能给输出电源足够的滤波效果，本系统采用470？f和100nf的并联电路作为滤波电容。如图2所示。
2.3 rs-232转uart uart是通用异步串行口的意思，通用异步接收/发送装置，具有可编程性和高度兼容性，在数字通信及控制系统等各种嵌入式领域中得到了广泛的应用［5］.rs232是个人计算机的通讯接口之一，也是uart的一种，它采用232电平。rs232只是一种电平信号，只需要用fpga做一个异步串行口。当信号从fpga出来后通过ttl到232.
如图3所示，其中的c1，c2，c3起滤波的作用，不同颜色的led灯两端导通压降不同，因此需要不同的电阻分压。
3 主要外设扩展 3.1 74hc00与非门扩展 如图4所示，74hc00由4个2输入与非门构成。这2个部分均是由与门逻辑和非门逻辑组合而成的“与非门”逻辑电路。
3.2 数据移位电路 本电路完成数据移位的功能。由施密特反相器74hc14，8位串行输入移位寄存器74hc164，三态门74hc125组成。施密特反相器74hc14提供非逻辑并有效的保证了电平采集的可靠性。
3.3 振荡分频与8位二进制计数器 74hc4060是专门的多通道不同频率脉冲信号产生芯片。mr高电平复位。因此如图6所示，接了gnd之后芯片可以一直工作。为使其芯片工作，必须要一个外部振荡源，y1提供32768hz的晶体振荡源，并分别与cout管脚和cin接通。
4 软件设计及其实验 4.1 led灯及开关模块 如图7所示，发光二极管led是一类特殊的二极管，除了符合普通的二极管的基本特性，还因为自身正向导通压降较高，因此在正向导通时会发出红，黄，绿，蓝等光。对于不同颜色的发光管它的导通电压为1.5v，绿色为1.8v，发光管的亮度取决于流过它的电流的大小。电路上的电阻起着限流的作用。以免过流损坏。本设计要做的是通过各种方式实现led 灯发光。
4.2 软件控制八个led闪烁 首先连接硬件电路。确定电源模块供电正常，最小系统模块，rs-232转uart模块供电。将实验系统的led模块和最小系统中的p1口链接起来。经过74hc04的一个非门后链接到发光二极管的负极。假如单片机的p1.0口输出高电平1，那么经过反相器转变为低电平0后，即可驱动led发光。通过调用delay使单片机p1.0口的输出信号维持“停顿”状态。通过编写程序，对不同的i/o口控制，进行一定规律的点亮和熄灭。
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计数器是计算机系统最常用的时序电路之一，除了可以对时钟脉冲计数外，也可以用于分频、定时及产生各种时序信号。393将串行输入的时钟信号作累加，并将结果以并行八位输出的模式输出。用输出端控制8盏led灯，可以很好地看出其在不同频率下累加的效果。
总结 本设计是制作一个p89v51rb2实验箱，并对其进行实验和软件程序设计。与传统的实验箱相比，使用方便，读数准确，所包含的实验电路全面且实用。为了满足目前高等学院的需求，还在现有的实验箱的基础上加入其他的功能如汇编语言等。
妙趣横生的电子小知识：初识晶体管
先进的电源开关技术支持新兴应用
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