AT89S51單片機實驗系統的開發與應用

摘要：針對傳統單片機實驗系統依賴于仿真器調試，實驗成本高且效率低，不適應現代科技的開發要求的問題，為改善單片機實驗系統的性能，采用在系統編程(ISP)的方法，利用AT89S51芯片設計了一種單片機實驗系統。實驗表明系統結構簡單，實用性強，達到了工科類高職生快速掌握單片機的基礎知識的預期效果。
關鍵詞：AT89S51；實驗系統；ISP；74LS164

目前單片機應用已滲透到各個領域，單片機技術的發展也因此日新月異。作為實踐性很強的應用型學科，單片機研發及教學離不開實驗。傳統的單片機實驗系統需要頻繁拔插燒寫單片機芯片來編程，依賴于仿真機調試，實驗成本高且效率低，已不適應現代科技開發需求。如何充分合理利用單片機的性能，方便用戶高效學習與開發產品成為當前的研究熱點。
單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛，并且在很多學校也開設了相關的課程。通過對在校學生的調查，以及網絡上收集到資料的綜合分析，得知：目前無論是社會上還是在校學生，學習單片機的人數呈不斷增加之勢，對于單片機實驗板的需求也不斷增加。但是由于目前多數實驗板價錢較高，實驗項目不適于初學者學習。所以，開發出一套價格低廉，易學易用的單片機實驗板，供實驗室使用，也可以為今后學生學習單片機技術提供一個開發平臺。

1 開發方案
開發此套實驗板一方面要價格低廉，另一方面要易學易用。除了可以完成單片機課程教學大綱規定的“LED實驗”、“按鍵操作實驗”、“蜂鳴器操作實驗”、“數字顯示實驗”等常規基礎實驗以外，還要滿足課程設計、實習實訓、畢業設計等教學環節的需求，開發諸如“雙機通信”、“電子溫度計”、“萬年歷”、“電子琴”、“數顯秒表”、“模擬交通燈”、“紅外遙控”等較高檔次的綜合實驗項目。
首先，對于開發成本方面，電子元件占的比重最大，減少這方面的開銷成為重點。還有電路板的花費，以及其他原材料的開銷，這些花費要相對較少。因此，在購買電子元器件時盡量選用市場上常見產品，由于這些元件的普遍性和常用性，其性能不但可靠，且價格低廉。
其次，對于實驗板的易學易用性，借鑒已有的開發板方面的資料，總結其優缺點，取其精華，選用目前開發單片機開發板中最常用的開發工具和開發語言。
進行單片機的實驗或開發時，通常需要借助編程器將調試好的目標程序寫入到單片機內部程序存儲器中。普通的編程器價格從幾百元到幾千元不等。另外，在開發過程中，程序每改動一次就要拔下電路板上的芯片編程后再插上，比較麻煩。
隨著單片機技術的發展，出現了可以在系統編程(ISP)的單片機。ISP一般是通過單片機的串行接口對內部的程序存儲器進行編程，如Philips公司的P89C51RX+、P89C51RX2單片機；Atmel公司的AT89S8252單片機；Winbond公司的W78E516等。利用在系統編程(ISP)的單片機，單片機的實驗和開發不需要編程器，單片機芯片可以直接焊接到電路板上，調試結束即成成品，甚至可以遠程在線升級單片機中的程序，使得單片機應用系統的設計、生產、維護、升級等環節都發生著深刻的變革。
因此，本著價格低廉、易學易用的原則，采用Atmel公司生產的支持ISP技術的AT89S51單片機為控制器。

2 單片機實驗開發系統
2．1 單片機實驗開發系統電路原理圖
單片機實驗開發系統電路原理圖如圖1所示。