基于ISP下载的89S51单片机实验平台设计及应用

0 引言
单片机课程是电子电气类专业及机电类专业必修的专业课，该课程既要学习单片机的硬件结构知识，又要学习软件知识，往往使学生不知从何学起，感觉入门很困难。而目前多数职业学校学习课时较短，实验条件较差，实验工位也不足，学生动手的机会少，造成了学生对学科不感兴趣，难以取得好的教学效果。基于ISP下载的89S51单片机实验平台具有电路简单、价格低廉、适合学生自主动手制作，不需要复杂的外部设备，就能完成数十个基本实验，几乎覆盖了本课程中大部分实验内容。通过自制简单实用的实验平台进行实验，增加了学生动手实践的时间，解决了学习课时少及实验设备不足的难题，培养了学生自主学习、自主探索的意识，提高了学生独立分析问题及解决问题的能力，取得较好的教学效果。

1 系统设计方案
图1为系统组成框图。系统主要由89S51单片机系统及ISP下载电路、输入模块、输出模块、电源电路等四大部分组成。

为了简化电路，核心部分主要由89S51单片机最小系统及ISP下载电路组成，输入模块只选用了八路开关输入电路及4×4矩阵键盘电路，输出模块选用四位七段数码显示电路、八路LED发光电路、声音驱动电路、继电器驱动等电路，共二种输入及四种不同输出方式供实验时选择。为了便于实验，整个电路由Protel软件完成原理图及PCB图的设计，将全部元件焊接在一块PCB电路板中，连接好共用电源线及接地线。这样，实验时只需连接少量的导线，即可实现89S51单片机与不同的输入、输出模块组合，构成不同功能及用途的单片机应用系统供实验时使用。

2 相关模块介绍
89S51单片机最小系统及ISP下载电路如图2所示，电路主要由89S51、74HCT541等组成。89S51为Atmel公司生产的芯片，该芯片采用40PI N封装双列直插结构，内置4k E2PROM及256RAM，共40个引脚，四个八路输出端口。通过在第18、19引脚外接12MHz振荡晶体，第9引脚接复位电路，第31引脚接高电位，即构成了单片机最小系统。ISP(在线编程)是指编程芯片不用从电路板上拆下，可以直接在线上对芯片进行程序烧录，省去编程器等复杂的外部设备，以利于程序的开发，Atmel公司在其官方网站提供免费烧录软件ISP-Flash Programmer供下载，大大降低了系统制作成本。89S51的第6、7、8、 9脚为SPI(同步序列式传输信号界面)引脚，功能分别是MOSI、MISO、SCK、RST。SPI引脚经74HCT 541隔离后分别与电脑打印接口的第7、10、6、9引脚相连接便形成了IPS电路。

输入模块电路如图3(A)、(B)所示，共有二种输入模式，分别是八路开关输入电路和4×4矩阵键盘电路，使用时可根据实验内容要求选择不同的输入方式及位数。