基于P89V51RB2单片机的实验箱设计与开发

摘要：随着人们生活水平的不断提高，单片机控制成为人们追求的目标之一。要为现代人工作、科研、生活等提供更好、更方便的设施需要从数字单片机技术入手，朝着数字化控制、智能控制发展。本设计P89V51RB2单片机实验箱与传统的实验箱相比，使用方便，所包含的实验电路全面和实用。同时，在现有的实验箱的基础上加入其他的功能如汇编语言等，以满足目前高等学院的需求。

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。

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。

系统MCU及基本外设

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。

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470µF和100nF的并联电路作为滤波电容。如图2所示。

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。

主要外设扩展

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。

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。

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。

软件设计及其实验

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。

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