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何必繁难,简约为美——我的单片机教学实验板


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何必繁难,简约为美
——我的单片机教学实验板
●●彩 作者/李冰涛/江苏徐州技师学院数控工程系

今年的上半年,我去一所职业技术学校担任单片 机课程的教学工作。这所学校的学生基础还不错,都 是高中生。所学的专业是机电一体化,但教学设备有 些欠缺。教学中我了解到他们的单片机课程只有理论
内容而没有实训内容。我们知道,只学习理论是很难

学习是愉快的,学习是可以愉快的。看着学生们

焊接时~丝不苟的样子,想着他们在课堂上听我讲解 枯燥、抽象的理论时恹恹欲睡的神情,我也感到了教 的快乐。一学期的单片机课程很快就结束了,我制作 的这块教学实验板也圆满地完成了它的教学任务。下 面我就介绍一下这块实验板的制作与使用,与感兴趣 的读者交流。 这块单片机实验板主要有六部分组成。1、单片机 系统电路。2、数码管显示电路。3、串口下载电路。4、 电源电路。5、蜂鸣器电路。6、矩阵式键盘电路。它 们在板子上的分布情况大致如图1所示。图2是每部 分电路的具体的电路图。

学会单片机的。况且他们是职业技术学校的学生,以 学习技能为主,而我们现在的教学安排却恰恰相反。 有鉴于此,我尽量把教学内容安排得丰富多彩一 些。在网上找到一些最新的教学资源介绍给他们,有 实物的就拿来实物让他们观看。能演示的就尽量演示 给他们看。刚开始,学生们被这些新奇的东西弄得眼 花缭乱。他们的好奇心被激发了出来。说实在的。课 堂效果还可以。可是,随着课程的深入,教学内容越 来越抽象,学生们的学习热情明显的降了下来,这从 他们听课的眼神里就可以看得出来。等到我讲到指令 系统。讲到用汇编语言编程的时候,大多数学生就开 始一脸茫然了。 我知道这不是他们的错,我也知道再这样讲下去
就是误人子弟了。无奈之下,我向校领导打了报告,

说明了这门课程的特点,并提出在尽可能利用学校资 源,尽可能少花钱的条件下。增加一些教学投入,在 单片机课程中加上实训的内容。没想到。对于一名外 聘教师的建议,学校领导马上就同意了,并且要求电 工实验室的一名教师协助我一同工作。 下面的事情就好办了。首先想到的是制作一块教 学实验板:这所学校有计算机房,机器是台式机,足 够单片机实训使用;这块板子上应尽可能多的涵盖单 片机基础知识的训练;还要考虑到少花钱。基于以上 的考虑,我制作了这块PCB板。然后就是采购元器件, 然后就是跟学生们一起焊接。一起调试。一起编写程
序……

圈I
图1单片机教学实验板各功能电路功能分布图

1.单片机系统电路
这部分电路组成单片机的最小工作系统,我们使 用的单片机是s1℃89C52RC,它与80C51单片机完全 兼容。注意,单片机的4组输入输出口都不直接与外 设相连。都是通过两排插针使用短路帽与外设相连的。 这样就可以保证单片机的输入输出口与其他外设方便、 灵活地连接。如我们这块板子上的PO、P2口是与8 位数码管的段码和位码对应相连的,使用时只需用短
路帽把PO、P2口的排针连接起来就可以了。而如果想

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与其他的外设相连接。则只需拔下短路帽,用杜邦线与 外设连接就可以了。 实际制作时,时钟电路与复位电路的元件是可以放 在单片机下面的。所以实际电路中看不到这两个电路的
元件。

下载到单片机里去。本电路的主要作用是通过MA)(232 芯片i把计算机的数据电平与单片机的数据电平进行相 应的转换。以达到互通数据的目的。 这里需要注意的是。MA)(232的9脚、10脚不是 与单片机的P3.0、P3.1直接相连的,而是通过两排插 针用两个短路帽连接的。这是因为本实验板上的P3口

2.数码管显示电路(图3)
我们使用的数码管为4个连在一起的共阳极数码 管。共2块。这样组成一个8位的数码管显示电路。 它的段码引脚是通过排针与P0口连接,而位码引脚则 是通过排针与P2口连接,三极管在电路中起驱动数码 管的作用。它构成了本实验板上的主要输出设备。

平时可供矩阵式键盘使用,为了使键盘的功能与数据下 载的功能不相互影响,P3.0口与P3.1口做成了可选择
的连接方式。

4.电源电路(图5)
为了使实验板更加简约,直接使用了计算机USB 接口的5V电源作为单片机实验板的供电电源。USB接 口非常方便。随便找一个5V的、带USB接口的手机 电源适配器也可以给实验板供电。(注意USB公口与母 口的电源是倒的!)

3.串口下载电路(图4)
sTC89C52RC单片机具有ISP功能。支持在线可 编程串行写入技术。出厂前,厂商已经烧录好了ISP的 监控程序,我们只需通过本电路,便可以把写好的程序

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图3

5.蜂鸣器电路(图6)
发声电路在单片机项目中还是很常用的.这里只接 了个最简单的蜂鸣器。注意信号输入端是通过短路帽。 连接在单片机的P1.0口的。

图4

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图6

6.矩阵式键盘电路(图7)
键盘电路是通过短路帽连接到单片机的P3端口的。
最后,我把这块实验版的全部元器件也列写下来 图5 (见表1)o

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图7

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表1单片机实验板元器件清单

第一个训练,常常是练习怎样操控输入输出口。为此。 名品 一般的实验板上常在输入输出口单独接一组发光二极管
型号数量 (个) 备注 板路电BCP 约12×12 自制 )1mc( STC89C52RC 1 机片单

及一组独立按键作为操控输入输出13训练之用,我们这 块实验板上虽然没有这些单独的元器件。但是这些功能 却是完全具备的。

40PIN 座CI 1 MAX232C 平电 片芯换转 1

假如我们要操作输出口,我们只需把数码管的dp
座CI 16PIN1 DEL 直插03mm 1

插针端设置为低电平.然后只需操作P2 13的高低电平, 就可以控制数码管上任意8位小数点的亮灭,这跟单独
操作8个发光二极管的作用完全相同。我们完全可以用

DB9母头1 头接口串 座插BSU A型 1 管码数 SM41 0564 2 管极三 8550 9 6×6X5(mm) 16 关开动微 8 关开键按自锁型 5X8.5(mm) 1 器鸣蜂 5V1 无源 12MHz1 振晶 0.1 电瓷片电容。上标 容U F 4 401 容电 30pF 2 10 U F 1 容电 电解电容 1KQ 阻电 9 10KO 14 阻电 25 帽路短 40针 3根 针排

这组小数点去做点亮一只发光二极管。发光二极管的左 移、右移等训练。明白了这个道理,我们自然还会想到, 数码管段码里的每一段。其实都可以看作是一组发光二 极管,这样我们还可以玩出更多种输出13控制灯亮灭的 花样,这就要看每个人的发挥了。 同样,我们这块实验板的输入口只接了一个矩阵 式键盘。而没有设置独立按键。其实想使用独立按键非 常简单,只需将矩阵式键盘的Y3插针端直接接地,则 最上排的s3、S7、Sb、Sf四个按键只需用短路帽与 P3.4。P3.5。P3.6。P3.7相连就成为了四个独立按键, 可以方便使用。 我带学生做的练习有跑马灯,数码管显示(静态, 动态),键盘控制(独立键盘、矩阵键盘).中断与定时。

线接连BSU 1根

音乐发声,最后还做了两个综合项目:交通灯与数字钟。
线接连口串针9 1根

看到这里。有朋友会说,这么简单的一块实验板有 什么用处?好。下面我就说说这块板的使用。 这块实验板看似简单,其实它可以完成我们所学的 单片机基础知识所有的训练。例如。我们学习单片机的
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讲到这里,有朋友又会说。这块实验板只能做这些 练习,内容也太少了吧!我们还想做做LCD显示,步 进电机控制。AD/DA转换,12C存储器,LED点阵屏…… 而这些你的实验板上一个也没有啊。是的。下面我就谈

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谈这个问题。其实没有一块实验板能包含单片机的所有
应用,我们这块实验板只是入门级的,旨在让学生掌握

杂的项目,我们都可以用万用板制作成一个个的模块 电路与基本实验板配合使用来实现就可以了。随着制 版商品化。自己动手制作一块基本的单片机实验板已
经不是很难的事情了。

单片机的基础知识与基本操作技能。就这个目的而言,
这块实验板足够使用了。但并不是说这块实验板就不能

做其他实验了。恰恰相反,朋友提到的这些实验在这块 实验板上都能做,只是要增加不同的模块电路而已。如 我们要做步进电机控制,只需用万用板制作一个驱动模 块电路。将实验板与步进电机连接起来就可以了。其他
的任务也完全可以用制作模块电路的方法。连接在我们 的实验板上来完成。

可以这么认为,单片机的基本功能是有限的。我们
从基本实验板上都可以学到;而单片机的具体应用则是 无穷的,这些具体的应用。我们就可以用不同的模块电 路来实现。这就是电路的模块化方法。而不同功能模块 电路的组合.就可以组成不同功能的单片机应用电路,

就像搭积木。学会了这样的制作电路的方法,才算学到 单片机电路的精髓。毕竟学习单片机不光是编程,还必
须具备制作电路的硬功夫。尤其是对职业技术类院校的

把电路分成不同的功能模块,这是一种重要的电路 设计方法,一个单片机的项目往往就是由不同功能模块 的电路有机组合而成。我在教学中也始终贯串着这样一 种思想。做完了板子上的基本项目,讲过步进电机控制, AD/DA转换,12c存储器.LED点阵屏的原理之后,我 向学生们布置了一些简单的小项目让他们自己去完成。 当然这些项目可以是一个人单独完成,也可以几个人一 组共同完成,而且我把这项练习内容纳入到期末考核成 绩中去。这一下激起了那些平时爱动手的学生的热情。 他们去图书馆借书,上网查资料,跑电子城买元器件。 然后用万用板焊接电路,居然做出了步进电机控制电路。 数字温度计电路,数字电压表电路,LED屏显示汉字。 电子琴等电路,当然期末考试成绩我也给了他们打了 高分。这样既满足了部分学生较高的求知欲望。又解 决了教学评价问题,可谓一举两得。 我觉得学习单片机最好的方法还是要自己动手制 作实验板。制作实验板最好的方法就是先做一块简单 的、基本的实验板,这块实验板尽量简单、尽量容易 制作,但又能实现单片机的基本功能,最重要的一点 还要具备方便的扩展功能。对于其他的应用电路或复
职业教青的名牌

学生。只使用现成的实验板插插拔拔,对硬件电路一无 所知,最终你学的单片机知识只能是纸上谈兵而不能实
用的。

图8

图8就是我的单片机实验电路板的实物图,细心 的朋友会看到,实际的实验板上还多了两排插针,①处 是电源插针。实验时取用电源非常方便。②处的插针主
要是为了放置短路帽用的,因为短路帽很小。不用时容

易丢失。当然,在连接其他模块电路时,此插针也可做 为电路连接点使用。看到这里,你也可以动手做一块自

己的电路板了。国圆
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何必繁难,简约为美——我的单片机教学实验板
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 李冰涛 江苏徐州技师学院数控工程系 电子制作 ELECTRONICS DIY 2011(2)

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