AT89S51单片机实验系统的开发与应用

摘要：针对传统单片机实验系统依赖于仿真器调试，实验成本高且效率低，不适应现代科技的开发要求的问题，为改善单片机实验系统的性能，采用在系统编程(ISP)的方法，利用AT89S51芯片设计了一种单片机实验系统。实验表明系统结构简单，实用性强，达到了工科类高职生快速掌握单片机的基础知识的预期效果。
关键词：AT89S51；实验系统；ISP；74LS164

目前单片机应用已渗透到各个领域，单片机技术的发展也因此日新月异。作为实践性很强的应用型学科，单片机研发及教学离不开实验。传统的单片机实验系统需要频繁拔插烧写单片机芯片来编程，依赖于仿真机调试，实验成本高且效率低，已不适应现代科技开发需求。如何充分合理利用单片机的性能，方便用户高效学习与开发产品成为当前的研究热点。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，并且在很多学校也开设了相关的课程。通过对在校学生的调查，以及网络上收集到资料的综合分析，得知：目前无论是社会上还是在校学生，学习单片机的人数呈不断增加之势，对于单片机实验板的需求也不断增加。但是由于目前多数实验板价钱较高，实验项目不适于初学者学习。所以，开发出一套价格低廉，易学易用的单片机实验板，供实验室使用，也可以为今后学生学习单片机技术提供一个开发平台。

1 开发方案
开发此套实验板一方面要价格低廉，另一方面要易学易用。除了可以完成单片机课程教学大纲规定的“LED实验”、“按键操作实验”、“蜂鸣器操作实验”、“数字显示实验”等常规基础实验以外，还要满足课程设计、实习实训、毕业设计等教学环节的需求，开发诸如“双机通信”、“电子温度计”、“万年历”、“电子琴”、“数显秒表”、“模拟交通灯”、“红外遥控”等较高档次的综合实验项目。
首先，对于开发成本方面，电子元件占的比重最大，减少这方面的开销成为重点。还有电路板的花费，以及其他原材料的开销，这些花费要相对较少。因此，在购买电子元器件时尽量选用市场上常见产品，由于这些元件的普遍性和常用性，其性能不但可靠，且价格低廉。
其次，对于实验板的易学易用性，借鉴已有的开发板方面的资料，总结其优缺点，取其精华，选用目前开发单片机开发板中最常用的开发工具和开发语言。
进行单片机的实验或开发时，通常需要借助编程器将调试好的目标程序写入到单片机内部程序存储器中。普通的编程器价格从几百元到几千元不等。另外，在开发过程中，程序每改动一次就要拔下电路板上的芯片编程后再插上，比较麻烦。
随着单片机技术的发展，出现了可以在系统编程(ISP)的单片机。ISP一般是通过单片机的串行接口对内部的程序存储器进行编程，如Philips公司的P89C51RX+、P89C51RX2单片机；Atmel公司的AT89S8252单片机；Winbond公司的W78E516等。利用在系统编程(ISP)的单片机，单片机的实验和开发不需要编程器，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成成品，甚至可以远程在线升级单片机中的程序，使得单片机应用系统的设计、生产、维护、升级等环节都发生着深刻的变革。
因此，本着价格低廉、易学易用的原则，采用Atmel公司生产的支持ISP技术的AT89S51单片机为控制器。

2 单片机实验开发系统
2．1 单片机实验开发系统电路原理图
单片机实验开发系统电路原理图如图1所示。