【正文】 C單片機的實驗系統(tǒng)，以此調(diào)整目前高校所具有的基于SCM(主要是基于MCS51/96/8088)的單片機實驗設(shè)備。C8051Fxxx系列單片機包含如下型號：C8051F00x單片機、C8051F01x單片機、C8051F02x單片機、CS051F2xx單片機。除具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)作部件外，片內(nèi)還具有數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件及其他數(shù)字外設(shè)部件。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計有了較大的發(fā)展。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS．51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。MCU即微控制器(Micro Controller Unit)階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時對象系統(tǒng)所要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。闡述圍繞三部分進行：首先，對該實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和美國德州Cygnal公司的C8051F020芯片作了總體的介紹；其次，詳細介紹了在硬件方面所做的工作，硬件上主要完成了各功能模塊的分析與設(shè)計，并利用Protel99SE軟件繪制出了系統(tǒng)電路原理圖，在電路板的布局、布線過程中，采用了一系列有關(guān)硬件抗干擾的技術(shù)，最終制作出了符合設(shè)計要求的PCB板.【關(guān)鍵詞】SOC單片機；DXP2004；電路設(shè)計；抗干擾C8051F020 MCUbased Integrated Design and Development of Experimental Teaching System——Experimental development board hardware circuit design Electrical Engineering and Automation Specialty ZHANG Hui—changABSTRACT: This article want to argue how to develop the single chip microputer test chest based on SOC single chip microputer representing with C8051F020，this new test chest is aimed at the profession basic classes,the profession classes(single chip microputer principles and apply, interface technology etc．)，class designation and graduating designation，at the same time，it will improve student’S experiment practical capability,operating ability and the teacher’S quality of giving lessons．The new experiment system on SOC single chip microputer has two mainly functions：(1)It offers two operating platforms，can independently work,also can work connecting with PC．(2)It adapts to the teaching of the classes：the principle and interface of single chip microputer,the interface tecolonogy of single chip microputer． This article set forth in every detail and particular about how to select types of controller chip and how to design the circuit of hardware，in addition elaborate the integrated development environment of C8051F020 single chip microputer．The elaboration include three parts：firstly,general introduce the structure of experiment system and the C8051F020 chip of the Cygual pany in American Decssarce state secondly,give a detail introduction from the hardware．At the hardware，the article mainly finish the ananlysis．a(chǎn)nd designationg of every functional model，and use the DXP2004 to draw the diagram of system circuit principle，in the process of make the circuit board，we adopt a series of techlonogy about hardware interdisturb，last make a PCB board adapting to our designation demand；Key words：SOC；Protel99SE； electric design； interdisturbe目錄1 引言 4 4 52 SOC新型實驗系統(tǒng)的總體設(shè)計 5 系統(tǒng)的總體規(guī)劃 5 系統(tǒng)中有關(guān)功能模塊的簡單介紹 63 SOC單片機——C8051F020 7 C8051FXXX系列SOC單片機簡介 7 C8051FXXX系列SOC單片機的組成 7 C8051Fxxx系列SOC單片機的特點 9 C8051F020單片機 10 C8051F020的主要特點 10 C8051F020單片機的組成 13 134 硬件電路的設(shè)計和實現(xiàn) 15 15 C8051_Core 15 存儲器模塊 16 CPLD模塊 17 18 18 LCD顯示模塊 20 21 A/D和D/A采集模塊 23 以太網(wǎng)通訊模塊 23 USB從模式通訊模塊 24 電路的各種抗干擾措施及其實現(xiàn) 27 27 實驗系統(tǒng)接地方法 27 0歐姆電阻的引入 28 信號傳輸中的抗干擾措施 295 PCB板的設(shè)計與實現(xiàn) 29 PROTEL99SE軟件的簡介 295．2繪制實驗系統(tǒng)的原理圖與PCB板的制作 31 實驗系統(tǒng)的原理圖設(shè)計 31 326 結(jié)論 341 引言單片機誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段?？傆嫞? 畢業(yè)設(shè)計（論文） 頁表 格： 個插 圖 ： 幅（五號、宋體）基于C8051F020單片機的綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)——實驗開發(fā)板硬件電路設(shè)計電氣工程及其自動化專業(yè) 張會昌【摘 要】本文探討了一種使用以C8051F020為代表的片上系統(tǒng)(SOC)單片機為核心的單片機實驗系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課(單片機原理與應(yīng)用，接121技術(shù)等)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的實驗，進而提高學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣邮帜芰Γ岣呓處熓谡n質(zhì)量。理工理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）（四號、宋體、居中）基于C8051F020單片機的綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)——實驗開發(fā)板硬件電路設(shè)計 C8051F020 MCUbased Integrated Design and Development of Experimental Teaching System——Experimental development board hardware circuit design (Times New Roman 16)左側(cè)空白欄目按實際情況填寫。全文針對實驗系統(tǒng)各部分的功能特點，在控制器芯片選型、硬件電路設(shè)計方面進行了詳細的闡述，此外還論述了C8051F020單片機的集成開發(fā)環(huán)境。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展道路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢。C8051Fxxx系列單片機是一種高度集成的SOC型芯片，具有與8051單片機兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS51指令系統(tǒng)完全兼容。由于C8051F系列單片機既能處理數(shù)字信號也能處理模擬信號，所以稱它為混合信號系統(tǒng)級芯片或片上單片機系統(tǒng)。因此單片機實驗箱是目前各大、中專及本科院校電子信息類、電氣工程類和計算機類專業(yè)必需的實驗設(shè)備，然而，在目前國內(nèi)眾多廠家提供的各種型號的實驗箱中，主要是基于MCS51/96/8088（屬于SCM）等CPU的實驗系統(tǒng)，即使有基于其它工業(yè)用MPU的實驗系統(tǒng)，也不大適合高?；A(chǔ)教學(xué)的需要。1. 電壓采樣實驗（AD）2. CPLD 配置實驗（CPLD）3. DA 函數(shù)波形輸出實驗（DA）4. 鍵盤操作和數(shù)碼管顯示實驗（Key）5. Flash 讀漢字實驗（Flash）6. IO 實驗（IO）7. LCD 顯示實驗（LCD）8. 時鐘顯示實驗（IIC(RTC)）9. RS232 和RS422 通訊（232422）10. PWM 實驗（PWM）11. USBDevice 通訊實驗（USB）12. TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)通訊實驗（LAN／TCPIP） 系統(tǒng)中有關(guān)功能模塊的簡單介紹本論文實際完成了12個功能模塊硬件設(shè)計和軟件編程的全部任務(wù)，現(xiàn)在先簡單地介紹一下各功能模塊的情況，而硬件的具體設(shè)計與實現(xiàn)，將在第4章中詳細地介紹。3．CPLD模塊：系統(tǒng)通過CPLD配置各功能模塊的使用，因此，用戶不僅可以進行單片機的相關(guān)實驗，還能進行CPLD的編程實驗。經(jīng)達林頓驅(qū)動的16 個輸出口，每路可直接驅(qū)動50mA/50V 的負載，無需外接驅(qū)動便能控制小型步進電機。：單片機實驗系統(tǒng)載有專用數(shù)碼管和鍵盤控制芯片—BC7281，該芯片采用雙線控制，有效節(jié)省了單片機IO資源。 ：單片機實驗系統(tǒng)在功能上最大的特點是具有10M/100M 的以太網(wǎng)接口，通過在C8051F 中移植小型TCP/IP 協(xié)議，便能實現(xiàn)基本的網(wǎng)絡(luò)通訊。以上簡單地介紹了各功能模塊，這些模塊是整個實驗系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，也就是我畢業(yè)論文的主體部分，當(dāng)然，還有一些輔助模塊的設(shè)計。 C8051FXXX系列SOC單片機的組成C8051Fxxx系列單片機的主要組成及功能如下：(1)CIP．51微控制器內(nèi)核C8051F單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(SOC)，片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件；內(nèi)置FLASH程序存儲器、內(nèi)部RAM，大部分器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲器空聞的RAM，即XRAM。C8051Fxxx系列的MCU與標(biāo)準(zhǔn)的8051相比，在CPU內(nèi)核的內(nèi)部和外部有幾項關(guān)鍵性的改進，提高了整體性能，更易于應(yīng)用。C8051F02x單片機中還有可用于訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的外部存儲器接口(EMIF)。該存儲器以512B作為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且無需在片外提供編程電壓．(4)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)張塊大部分C8051Fxxx單片機內(nèi)部都有A/D轉(zhuǎn)換模塊，它們由逐次逼近型ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。外部輸入通道數(shù)有2路、8路、16路和32路幾種，可被配置為單端輸入或差分輸入。(5)并行接口C8051Fxxx系列單片機的并行接口(即是一般單片機的通用I/O端口)的引腳數(shù)量隨單片機型號的不同而不同。這些串行總線不“共享”定時器、中斷或端口I/O，所以可以使用任何一個或全部同時使用。時間基準(zhǔn)的時鐘可以選擇6種時鐘源。它們的主要優(yōu)點和特點如下：(1)指令運行速度高由于C80