本发明专利技术公开了一种基于在线可编程逻辑器件的单片机教学实验装置，该装置包括微控制器、键盘显示模块、数字模拟Ｉ／Ｏ单元、可编程逻辑器件ｉｓｐＬＳＩ、存储器单元、装载运行控制单元、调试环境主机等。微控制器通过总线、双向Ｉ／Ｏ端口与各功能模块相连，教学实验装置与调试环境主机采用串口连接。本发明专利技术在含８０Ｃ５２内核的微控制器芯片ＭＣＵ ＳＭ５９６４基础上，外围扩展了单片机教学实验中常用的功能模块、通信接口和在系统可编程逻辑器件ｉｓｐＬＳＩ。因此本装置不仅具有单片机仿真、存储器编程、教学实验和程序装载诸功能，且兼有可编程逻辑门阵列电路学习板功能，通过对门阵列的逻辑功能在线修改可实现教学实验装置的系统重构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种单片机教学，尤其涉及一种基于可编程程序逻辑器件的多功能嵌入式单片机教学实验装置；具体涉及一种具有单片机仿真、ispLSI编程、且集成了单片机系统常用的功能模块单元和各种通信接口的教学实验系统。
技术介绍
微控制器MCU是在单芯片计算机(国内俗称单片机)理念基础上发展起来的，是将微处理器及其外围电路、外设接口等集成制作在同一芯片中，无需其他辅助电路支持即可独立完成运算、放大、处理等工作的集成电路，具有优异的外围接口控制功能，易于构成各种工控、自适应控制、数据采集等系统，以及数字化、智能化、多功能化等新一代机电一体化产品，并可在大型测控系统中与主机并行工作，提高系统速度。8位MCU和32位MCU是MCU产业的两大支柱，由于8位MCU系统具有较高的性价比，8位MCU在未来可预见的时期里都是MCU系统应用的主流机型，目前仍有巨大的发展空间。2006年最新统计数据表示，8位MCU的发货量继续保持平稳，相比16位和32位的总和还要多，其占到总量的60％以上。8位MCU中最具典型的芯片是兼容标准MCS-51指令系统的各种型号的MCU芯片，因此MCS-51原理及应用也成为学校MCU教学经典内容，学习MCU不能纸上谈兵，长期以来传统的MCU教学实验开发工具就一直成为广大师生、初学者以及工程师学习开发的屏障。学习MCU首先要有实验对象即实验电路板。而完成的一个正规实验电路板的制作，首先需要从原理图的设计、元件的采购(零售难买且贵)、PCB的设计及订做着手，这样就耗费一定人力和物力，其次在调试过程中要使用的开发工具就是仿真器，专业的仿真器价格都在1500以上，而且仿真得到的结果和在实际的目标系统运行的结果往往还存有一定偏差。另外，仿真器不能写存储器芯片，还得购买编程器来写存储器芯片，这些工具不仅花费大，各种开发工具之间的关系对于初次学习MCU的学生都难以理清，由于学时有限，许多学生一直到该课程结束还未能完全掌握这些工具之间的关系和使用方法。再一点就是传统的MCU教学实验开发工具经常要插拔仿真头，插拔CPU芯片、写存储器芯片，不仅过程繁琐，而且容易损坏开发工具、目标系统和集成电路芯片。根据本人的MCU多年的教学经验和与同行之间的交流情况得知，在MCU的教学和实验中，师生都希望有一种简单、快捷、真实并适合教学实验的一体化的MCU嵌入式开发系统，不需要仿真器，也不需要编程器这一类工具，整个教学实验过程简单化，使学生能集中精力抓住重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种MCU学习板、实验板、开发板、编程器、仿真器、在系统调试一体化的教学实验装置。该装置兼有可编程逻辑门阵列电路ispLSI学习板功能。本专利技术的目的通过如下技术方案实现基于在线可编程逻辑器件的单片机教学实验装置，包括微控制器MCU1、键盘显示模块2、硬串口3、软串口4、以太网接口5、USB/I2C/SPI接口6、数字模拟I/O单元7、在系统可编程逻辑器件ispLSI 8、日历时钟单元9、存储器单元10、装载运行控制单元11和电源模块12构成；所述键盘显示模块2连接微控制器MCU1的P1.3和INT0端口，所述硬串口3连接微控制器MCU1的RXD和TXD端口，所述软串口4连接微控制器MCU1的P4.0和INT1端口，以太网接口5、USB/I2C/SPI接口6、数字模拟I/O单元7、日历时钟单元9和存储器单元10连接微控制器MCU1的系统总线，所述可编程逻辑器件ispLSI 8完成系统中的逻辑控制并简化单片机中的外围电路，所述装载运行控制单元11连接微控制器MCU1的EA和RST端口，所述微控制器芯片内部设有监控程序，还嵌入了可编程逻辑器件ispLSI 8的编程软件，实现对可编程逻辑门阵列电路的在线编程与学习。本专利技术的微控制器1采用型号为MCU SM5964，它是与80C51指令系统兼容的高速微控制器芯片，具有44脚PLCC封装规格的SM5964与标准的80C52比较，增加了P4.0～P4.3共4个双向I/O端口。所述微控制器MCUSM5964内部有64KB的FLASH程序存储器和1KB的RAM数据存储器，FLASH程序存储器存有本专利技术的监控程序，监控程序占用FLASH存储器不到32KB，由于SM5964内部的FLASH存储器具有ISP功能，所以监控程序也可以通过串口、网络口、USB口升级。当微控制器MCU SM5964的EA引脚为高时，启动内部FLASH存储器的监控程序，监控程序至少完成以下任务1)初始化SM5964的内部的寄存器；2)设置软串口接收中断；3)接收调试环境主机发来的命令数据包并解析；4)执行相应命令，返回执行结果给调试环境主机。5)接收由各种通信接口发来的命令数据包、解析、执行，返回执行结果到通信接口；6)升级MCU SM5964中的监控程序；7)更新外部存储器SRAM62C256中的用户程序；8)在线编程ispLSI器件的程序；9)网络芯片(NIC)的初始化，并配置了简化的TCP/IP协议栈。本专利技术的键盘显示模块2与微控制器MCU SM5964 1之间采用软串口连接方式，所述显示器为位共阴极八段数码管动态显示器，键盘为行列矩阵式非编码键盘，4×4矩阵16键键盘，分别为数字0～9·+功能确认取消统计。键盘显示模块2可以作为MCU多功能教学实验装置的人机接口，完成信息的输入与输出，如“食堂/超市收费终端”键盘可用于设置实时日历时钟、设置运行参数、输入开机密码、工号和消费额，显示器用于指示按键信息、统计值等。本专利技术中的存储器单元10包括并行接口的随机数据存储器SRAM62C256和I2C串行接口EEPROM AT24C256，SRAM 62C256通过SM5964的系统总线扩展，设计为冯·诺依曼连接，占用的内存空间为0000H～07FFFH。所述SRAM 62C256用于存放需要调试的用户程序，程序空间和数据空间在不重叠的情况下可自由设置，所述SRAM 62C256也可以用来存放Keil C51编译软件工具自带的Mon51.Hex。当把Mon51.Hex下载到SRAM 62C256时，配合Keil C51(51系列单片机及其兼容机的C语言软件开发软件)集成调试环境，可实现Keil C51具有的全部调试功能。AT24C256为非易失性存储器，具有断电数据保护功能，如在“食堂/超市收费终端”中可以用来存储消费记录和运行参数，在设计微型WEB服务器时可存放WEB页。本专利技术中的软串口4对应连接微控制器MCU SM5964 1的P4.0和INT1端口，并通过电平转换芯片MAX232将TTL电平转换为RS-232电平，实现与计算机串行口的直接通信。软串口4使用MCU的I/O口用软件的方法模拟UART时序。本教学实验装置由于使用软串口，所以不占用MCU的硬串口资源，硬串口3使用电平转换芯片MAX232另一组转换器将TTL电平转换为RS-232电平，也可与计算机串行口的直接通信。本专利技术中的微控制器MCU SM5964 1内部的FLASH程序存储器中嵌入了可编程逻辑器件ispLSI 8的编程软件，实现了对ispLSI的在线编程。所述装载运行控制单元11是由基本RS触发器和与非门电路组成，通过基本RS触发器控制SM5964的本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于在线可编程逻辑器件的单片机教学实验装置，其特征在于包括微控制器ＭＣＵ（１）、键盘显示模块（２）、硬串口（３）、软串口（４）、以太网接口（５）、ＵＳＢ／Ｉ↑［２］Ｃ／ＳＰＩ接口（６）、数字模拟Ｉ／Ｏ单元（７）、在系统可编程逻辑器件ｉｓｐＬＳＩ（８）、日历时钟单元（９）、存储器单元（１０）和装载运行控制单元（１１）；所述键盘显示模块（２）连接微控制器ＭＣＵ（１）的Ｐ１．３和ＩＮＴ０端口，所述硬串口（３）连接微控制器ＭＣＵ（１）的ＲＸＤ和ＴＸＤ端口，所述软串口（４）连接微控制器ＭＣＵ（１）的Ｐ４．０和ＩＮＴ１端口，以太网接口（５）、ＵＳＢ接口（６）、数字模拟Ｉ／Ｏ单元（７）、日历时钟单元（９）和存储器单元（１０）连接微控制器ＭＣＵ（１）的系统总线，所述可编程逻辑器件ｉｓｐＬＳＩ（８）完成系统中的逻辑控制并简化单片机中的外围电路，所述装载运行控制单元（１１）连接微控制器ＭＣＵ（１）的ＥＡ和ＲＳＴ端口，所述微控制器芯片内部设有监控程序，还嵌入了可编程逻辑器件ｉｓｐＬＳＩ（８）的编程软件，实现对可编程逻辑门阵列电路的在线编程与学习。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱宁西，张齐，王小璠，李中，陈冬发，王高鹏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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