1、 单片机学习机及编程器的设计与制作 摘 要：详细论述了 51系列单片机学习机及编程器的设计思路和实现方法，该学习机既是仿真器又是编程器，他可以编程 EPROM 和 E PROM 及 AT89C51(2)，在该机上可以进行机器语言程序的输入、调试、修改和运行；同时软件编程可以在 PC机上完成，通过串行通信下裁到该机的仿真 RAM 中运行。该装置是一款物美价廉的单片机软、硬件的学习工具和开发工具，有着重要的使用价值和推广价值。 关键词：单片机；仿真器；编程器；串行通信 1 系统简介 本系统用 AT98C52单片机组成一个学习机， 他可以开发 MCS-51系列的任何单片机。 其中 8 k的 FLAS
2、HROM存放仿真器监控程序。用 3片 8 k静态 RAM6264作为外 24 k RAM ，可以扩展为 64 k。同时每片 6264可换为 E PROM2864进行编程。并行口选用一片 8155作为键盘显示控制器，另外一片并行口 8255作为 EPROM 编程器驱动器，同时可以驱动打印机。 本系统键盘配有 3O个小按键， 1个复位键， 16个数字键， 13个命令键。本系统用 6个共阴极数码管作为显示器，其中左边高 4位显示地址或状态，低 2位显示数据或代 码。 本系统借助片内的 SIO，通过一片 MAX232形成简易的 RS 232串行接口，可以与 PC机或单片机串行通信。在 PC机上完成 5
3、1汇编语言或者 C51程序的编写、汇编、调试，最后变成 HEX (16进制 )格式，通过串行通信口写入到仿真器中从 2000H开始的内存单元，在仿真机上运行程序。 本装置将 PSEN与 RD相与形成统一的读信号线，这样片外的 RAM 既是数据存贮器又是程序存贮器。 本系统特点： (1)可以作为单片机原理及单片机汇编语言的学习机，用户可以用键盘直接输入机器语言程序，进行运行、调试程序。 (2)又是 EPROM， E PROM 和 AT89C51(2)的编程器。 (3)能与 PC机实现串行通信，在 PC机上完成汇编程序或 C51的编写、调试汇编，最后转换成 HEX格式，通过串行通信写入到仿真器的从
4、 2000H开始的内存单元运行调试程序。 (4)还可以与其他单片机进行串行通信，实现数据交换。 (5)还可以把 ROM 中数据移动到 RAM 中或 EPROM中去，同时在 RAM 和 E PROM 之间互相移动数据。 (6)还可演示交通灯、 8字旋转、实时时钟和电子音乐等。并能进行 A D和 D A转换及定时器实验。 (7)还可作为一个精确 的电子时钟使用，或作为自动打铃器使用。 2 学习机电路原理 2 1 键盘显示器电路 键盘显示电路原理如图 1所示。 本系统采用一片 8155作为键盘扫描显示器接口。字位口用达林顿集成电路 UNL2OO3A驱动，字形口用 74LS244驱动， 8155的 A
5、 口输出字形码， B口输出字位码， C口作为键回扫信号。 6个高亮度数共阴极数码管作为显示器。 30个小按键，其中 16个是数字键， 13个为命令键， 1个为复位键。 图 1 键盘显示电路原理图 2 2 主电路 主电路原理图如图 2所示。 图 2 主电路原理图 主电路由 AT89C52作为控制器，扩展 3片 RAM6264或 E PROM2864，系统的 RAM 为 24 k，扩展 1片 8255A作 为 EPR0M 编程和 AT89C51(2)编程接口电路。为了满足固化程序的需要，扩展了 1片 74LS02实现或逻辑。同时为了满足固化信号时序的需要，用三极管 91O3和 91O5及二极管 D
6、3、 D4组成电压放大和电压切换电路，为固化程序提供 + 5 V 和 + 12 V 电压。本系统可以固化 EPROM2764和 27128及 AT89C51 (2)。 电阻 R2和 D1， D2组成或逻辑，使仿真 RAM 既可作数据存贮 器又可作程序存贮器使用。 主电路扩展了 1片 MAX232EC作为电平转换，实现本系统与 PC机的串行通信。 主电路扩展了 1片 ADC0809用以完成 8通道的 A D转换，本系统只用了一个输入通道，用WI改变输入模拟电压的大小，其转换的数字量显示在数码管上。 本系统扩展了 1片 DAC0832作为 D A转换，为了得到电压输出使用了 1片运算放大器 LM3
7、24作为电流一电压转换放大电路。 本系统用 74LS138作地址译码器为各芯片提供片选信号。 RAM1的 cE接 YO， RAM2的 cE接 Y1，RAM3的 CE接 Y2， 8155的 CS接 Y3， 8255的 CS接 Y4， 0809接 Y50832接 Y6。 3 系统资源的使用 (1)用户仿真数据存贮器空间为 00005FFFH。其中 RAM1为 0000H1FFFH， RAM22000H3FFFH，RAM3为 4000H5FFFH。 (3)系统上并行 I O 接口 8255的端口地址为： A 口为 8F00H； B口为 8F01H； C口为 8F02H；控制口为 8F03H (4)系
8、统上并行 I O 口接 8155的端口地址为：控制口为 7F00H； A 口为 7F01H (字位口 )；B口为 7F02H (字形口 )； C 口为 7F03H 内部 RAM 地址为： 7E000H 7EFFFH (监控占用 )。 (5)A D转换器的地址为 BF00H， D A转换器的地址为 DFo0H。 (6)监控程序使用 AT89C52内部的 RAM 分配如下： 3AH， 3BH， 3CH， 3DH， 3EH， 3FH为源首址低位、源首址高位、目的首址低位、目的首址高位存贮单元。 79H， 7AH， 7BH， 7CH， 7DH，7EH 为显示缓冲区。位地址 78H为 UP键标志， 7C
9、H为错误标志。 4 系统软件说明 4 1 监控程序说明 键盘监控程序固化在 AT89C52 FLASHROM 中，地址为 0000H1FFFH，共 8 kB，用户程序数据存贮器空间为 0000H5FFFH， 8155的内部 RAM 供监控占用，用户不能使用。 AT89C52内部 RAM 的128 B全部给用户使用。 4 1 1 单板态 在本状态时显示器显示 P-8031字符，表示开发机处于初始化状态，等待操作。在计算机接通电源自动复位时处于单板状态；按压 RESET键复位后使本机处于单板状态；在单板状态下可以进行以下操作： (1)按任一数字键，显示该键输入的数字。 (2)按 PCCOM键，进入
10、与 PC机通信、调试状态，显示器全暗； PC机的 程序可以传到单机RAM 中。 (3)按 EXEC键，从 ROM 中或从仿真 RAM 中连续执行用户程序。 (4)按 BAZI键，显示 8字循环；说明本系统良好。 (5)按 PCCH键，检查要固化的 EPR0M 是否为空；空时返回监控，不空时返回 EPROM 中第 个不空的地址和数据。 (6)按 PAD键，可以将模拟信号转换为数字信号并显示在显示器上。 (7)键盘入 2位数字，再按下 EXAM 键或 READ键盘可以进行片内 RAM 或 SFR的检查。 (8)键盘入 4位数字，再按下 EXAM 键或 READ键可以进行外部 RAM 的 内容检查。
11、 (9)按 WRIT键，可以给显示的地址的单元写入数据，写入数据后地址加 I。 (10)按标志键 F，装入源程序首址，即把当前显示器的内容作为源程序首址，装入本机的约定单元，并显示 “ 1”标志符；再按标志键“ F”，装入源程序末址，即把当前显示的内容作为源程序末址，装入本机约定的单元，并显示“ L”标志符。按标志 F可以进行的操作为： 按 MOVE键，进入程序数据块移动，操作如下： 源首址， F，源末址， F， 目标首址， MOVE。 按 TIME键，显示 000000，要输入时间初值，按 EXE键运行时钟。 4 1 2 上功能键盘状态 按下 UP键时，显示器显示“ P”字 表示系统处于上功
12、能态。上功能态的操作有： (1)EPROM编程操作：源程序首址， F，源程序末址， F，目标首址， BAZI。 (2)E。 PROM 编程操作：源程序首址， F，源程序末址， F， 目标首址 MOV。 (3)单片机之间接收操作：源程序首址， F，源程序末址， F， 目标首址， RAD。 (4)单片机之间发送数据操作：源程序首址， F，源程序末址 F， WRIT。 (5)单步执行程序：源程序首址， EXEC。 (6)固化区内容移入目标 RAM 操作：源程序首址， F，源程序末址， F， 目标首址， EPCH。 (7)播放电子音乐： UP， TIME。 (8)交通灯演示： UP， PAD。 (9)
13、AT89C52编程： UP， PDA。 4 2 系统监控软件分析 系统监控软件用 C51语言编写。系统软件框图如图 3所示。系统程序由显示子程序、主控程序、键盘扫描子程序、键功能程序等组成。 4 2 1 主控程序 主控程序首先调用初始化程序和键盘扫描子程序，得到键值以后进行判断，如果键值16则为功能键，再去查功能表转去执行相应的功 能程序；如果键值 16则为数字键，则执行数字键处理程序。数字键处理程序是把键值显示在数码管上，显示的顺序是由右向左。 4 2。 2 键盘扫描子程序 键盘扫描子程序的特点：利用两次调用显示子程序作为延时程序来消除键抖动，这样就可以不用再编写延时程序，简化了程序的编写。
14、扫描子程序返回主程序的变量是 A，其值为键号。 4 2 3 AT89C51(2)编程器程序设计 AT89C51编程流程图如图 4所示。 图 3 系统软件图 图 4 AT89C51编程流程图 在要编程的 AT89C5I的 XTAL1和 XTAL2端接 6MHZ的晶振， VCC接 +5 V， VSS接地， 8255的 PB口与 AT89C51的 P0口相接， 8255的 A 口与 AT89C51的 P1口相接作为低地址信号， 8255的 C口低 5条线与 AT89C51 的 P2口相接，作为高位地址信号。由 8255的 PC7产生其 ALE PRG信号。由 P1 7控制 EA VPP=+12 V和
15、 EA VPP=+5 V的信号转换。 首先在 PC机上编写程序，然后进行编译、连接，再转换成 HEX文件格式， PC机以串行通信的方式下载到仿真 RAM，最后在单片机控制下由仿真 RAM 写入 AT89C51的 FLASHROM 中。 AT89C51(2)的擦除时序是：首先使 P2 6一 +5 V， P2 7=0 V， P3 6 0 V， P3 7 0 V，EA VPP一 +12 V。 ALE PRG一 0 V，延时 10 ms，然后使 ALE PRG： +5 V， EA VPP一 +5 V。这样就可以完全擦除芯片。在 AT89C51编程前必须先擦除芯片。 AT89C51(2)的编程时序是：首
16、先用 8255的 A 口和 C口送地址到 P1口和 P2口，用 8255的 B口送数据到 P0口；再使主控 CPU 的 P3 2 0 V， P3 3=+5 V， P3 4=+5 V， P3 5一 +5 V，P1 7 0 V， (即 EA VPP一 +12 V)， 8255的 PC7一 +5 V (即 ALE PRG一 0 V)；然后延时 2O ms；最后使 EA VPP一 +5 V， ALE PRG一 +5 V。如此反复直到数据写完为止。 主电路图中的 R15， R16， +12 V 的稳压管 D9及三极管 Q3组成 VPP由 +12 V和 +5 V之间的转换电路。其原理是：当 P1 7为 0
17、时， Q3截止， D9输出 +12 V电压；当 P1 7： =： +5 V时， Q3导通， D9输出的 +12 V电压由 R15和 R16分压，稳压器近似输出 +3 5 V的电压。实践证明这是可行的。 在编程中用延时 (延时 20 ms)的方法代替校验方式，经过实践证明，不会出现错误。 4 2 4 EPROM 固化程序设计 EPROM 编程采用快速智能化编程方法，利用多次执行调用显示程序来实现写入延时，这样即可以实现延时又可以完成显示。根据 EPROM 的编程时序， 8255的 A 口向 EPROM 的数据口传送数据， 8255的 B口和 C 口为 EPROM 提供地址， 8255的 PC7为
18、其提供 PROG信号， 8255的 PC6控制 OE信号和 +12 5 V 电压与 +5 V 电压的转换，主电路 图中的 Q1， Q2， D3， D4， R4， R5，R6及 74LS02组成了 0E信号和 VPP一 + 12 5 V 与 VPP一 +5 V的转换电路。 EPROM在固化前必须进行擦除，紫外线擦除后要检测其是否空，因此本系统又提供了查空子程序。为了把固化的程序读出来运行，本系统又提供了固化区程序移动子程序。这里要注意的是， VPP电压必须稳定在 +12 5 V，对 VPP电压要加电源滤波电路。主电路图中 C15和C16实现滤波功能。 4 3 PC机的软件包 在 PC机上利用现成
19、的 KEIL C51的 Windows集成开发环境 VISION51和软件仿真器DSCOPE51(网上可免费下载 )，他可以完成源程序的编辑、调试、编译、连接定位到目标文件的仿真调试等全部工作。在 PC机上运行与单片机的通信程序 P51 EXE可以把 HEX 目标文件发送给本系统，进行运行或编程。或者接收本系统中 ROM 或 RAM中的内容进行进一步的调试。 PC机的通信程序用 c语言编写，波特率设置为 9600 B s，通信格式为 1位起始位， 8位数据位，无奇偶校验， 1位停止位。 PC机上发送的是 16进制数据，而且发送的文件必须符合 INTEL的 HEX格式。 由于 PC机的波特率是标
20、准波特率 ，而单片机由于其使用的晶振不同，其波特率的设置往往不是标准的。为了满足波特率相匹配，本系统采用了晶振为 11 059 2 MHz。这时只要将单片机中的定时器 1设置为方式 2作为波特率发生器，且置 TH1=250， SMOD=1； PC机中设置除数寄存器的值为 0CH，波特率为标准的 9 600 B s。如果采用 6 MHz的晶体，那么单片机就难设置成标准的波特率。这时只要将 PC机的除数寄存器设置为 0BH，单片机 T1方式 2，置 TH1 253， SMOD-1，则波特率近似为 10 417 B s。 虽然可以实现通信但会产生一定的 误差。 在 DOS环境下的操作是：在单片机上按
21、下 COMM 键，在 PC机上输入命令： p51 r hex文件名 (回车 )。这时就可以把首地址从 0000H书写的应用程序的 hex文件发送到单片机的从 0000H 开始的地址单元去；或者把从 2000H书写的应用程序的 hex文件发送到单片机的从 2000H开始的地址单元去。这时就可以从 2000H处运行程序。在单片机上按下 UP+COMM键，同时给出传输的字节长度 (4位 )，在 PC机上输入命令： p51 S hex文件名 (回车 )， PC机就可以把单片机中从2000H开始的、长度为给定值的 数 据传送到 PC机中的 HEX文件中去。 5 结 语 本装置体积小，功能强，性价比高。既
22、是学习机，又是编程器，还可以进行程序仿真和演示，是一款实用的学习单片机软、硬件的工具。实践证明其性能良好、稳定可靠、写片速度快、精度高，在单片机应用系统开发中有重要的推广价值。 参考文献 1 张毅刚 MCS-51单机应用设计 M哈尔滨：哈尔滨工 业大学出版社， 2000 2 何立明单片机应用技术选编 M北京：北京航空航天 大学出版社， 1996 3 李朝青 PC机及单片机 数据通信技术 M北京：北京航 空航天大学出版社， 2002 4徐爱钧，彭秀华单片机高级语言 C51Windows环境编程与应用 M北京：电子工业出版社， 2003 5 李振格微机高级语言与汇编语言接口技术和实例 M 北京：北京航空航天大学出版社， 1994 ，
