基于DVCC系列微机实验系统单片机的改造设计方法研究

聂何婷 王文军 肖萍 江西水利职业学院机电工程系

1.引言

目前，51系列单片机在各大高校中仍然广泛应用，尤其是基础教学当中。本文提出一种改造DVCC系列微机实验系统单片机的方法，通过设计一块新的以STC12C5A60S2为核心的电路板，替换原DVCC系列单片机核心控制模块，同时保留该实验系统外围设备的方法，将DVCC系列单片机改造成为能够使用Keil编译软件的通用单片机系统。该方法不仅节约了资源，降低了实验室更新换代的成本，而且很大程度上提高了实验箱的综合性能。

2.DVCC系列微机实验系统单片机介绍

我校实验室引进的江苏启东计算机公司和东南大学计算机科学与工程系研制生产的 DVCC-52196JH+系列单片机教学实验系统，是一套功能强大，接口丰富的实验系统，可以实现包括A/D转换实验、D/A转换实验、8255A并行I/O口实验、8253A定时/计数器实验、8250串行通信实验和电机控制实验等多种功能。但是这套系统的实验指导书在硬件部分并没有提供完整的电路原理图，导致学生在做实验的时候并不清楚硬件电路是如何设计的，只是机械的接受。而这套系统的软件是启东公司开发的专用编译软件，需在WINDOWS9X/NT界面上运行，不适应于目前计算机的应用系统。软件代码部分仅提供汇编语言的源代码，不提供C 语言的源代码，与以后的开发设计脱节。早期的单片机实验系统都是基于 MON51 监控程序的，功能比较单一，并不能将程序直接烧录到单片机内部的 ROM 中，而是将程序装载到外部的 RAM 中，都没有采用当今主流的 ISP功能，开发系统也是淘汰的DVCC 系统。如果不对DVCC-52196JH做改造，实验箱将面临淘汰，造成资源浪费。

3.核心板设计

目前大多数单片机的实验系统的CPU采用 Atmel 公司的AT89系列或宏晶公司的 STC系列，具备 IAP或ISP 功能，能够满足一般的实验系统应用。本实验系统改造采用增强型51 内核的STC12系列作为 CPU，替换原实验系统中的DVCC系列单片机核心模块，同时通过杜邦线与实验箱上外围硬件设备相连接进行改造，外围设备保留经典的实验项目，去除一些因功能陈旧而失去实际操作意义和使用价值的实验，替换上一些数字化传感器功能接口，以顺应数字化的发展趋势。实验系统的开发环境采用目前广泛使用的Keil μVision4，实现与STC12系列单片机的良好对接。此外考虑到目前部分笔记本电脑已经取消了 RS-232 通信串口，采用USB转TTL接口电路替代原本的RS-232串口。因此，本次实验系统改造的关键在CPU核心板的设计，相关电路具体介绍如下。

3.1 最小系统电路

本电路单片机采用了宏晶公司最新的单时钟/机器周期1T增强型芯片STC12C5A60S2。该芯片具有高速、低功耗、超强抗干扰等特点，具备ISP编程功能,完全兼容8051系列单片机，且指令代码速度快8-12倍。另有完整的P4口，可做复位。I/O口灌电流较STC系列增加2倍，驱动能力超强。芯片底座采用40脚锁紧座，方便更换芯片。最小系统电路原理图如下：

图1 最小系统电路原理图

3.2 USB下载及供电电路

本模块采用南京沁恒电子有限公司设计生产的一款接口转换及单片机外围芯片CH340，支持USB2.0，可以实现USB转串口、扩展计算机异步串口和USB转IrDA红外等功能。CH340较PL2303更稳定，不会出现由于不同驱动或不同电脑导致不兼容现象，本电路设置有电源指示灯和下载指示灯，方便直观了解串口电路是否在工作。USB下载及供电电路原理图如下：

图2 USB下载及供电电路原理图

3.3 电源电路及电源扩展接口

目前不少的传感器、通讯模块采用+5V或+3.3V电源供电，为了使实验箱有更好的适应性，专门设计了+3.3.V供电及电源扩展口，可以外接超声波、红外测距传感器、蓝牙通讯模块及ZigBee通讯模块。其中5V电源电路可由DVCC实验箱系统电源提供，或由USB供电，无需另外设计电路。电源电路及电源扩展接口原理图如下：

图3 电源电路及电源扩展接口原理图

4.实验

将核心板与DVCC实验箱上8位LED灯电路模块连接，LED灯能够按照设定数据进行点亮，除此之外，还可进行数码管、键盘、点阵等实验，使实验箱各硬件资源得到充分的利用。

5.结语

通过设计替换单片机核心控制模块，解决了DVCC单片机实验箱改造问题，该改造方法可靠性高，成本低，操作方便，可推广到其他系列单片机实验箱的改造中，节约开支，具备一定的经济效益和社会效益。