一种89s51isp单片机模块化实验开发平台的制作方法
专利名称：一种89s51 isp单片机模块化实验开发平台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于计算机技术领域，涉及一种基于第三方下载线的89S51 ISP单片机模块化实验开发平台。
背景技术：
单片机已经深入到生活、家用电器和自动控制的各个领域。国内目前流行的8位单片机如8051、AVR、PIC各系列的单片机。为了方便开发与学习单片机，国内外设计、生产了各类单片机开发装置、各类教学仪器，它们为普及单片机应用与知识做出了贡献，但各个生产商的产品结构、布局不同，软件设计风格不同，过多的硬件集合在单片机教学仪器上， 1.增加了仪器的复杂度，使得单片机教学仪不够直观，学习使用困难；2.降低了学员的学习效率；3.更严重的是，单片机教学仪器的使用方法与社会流行的开发手段脱节，极大地增加了学习者在工作中专业技能迁移的成本，提高了入门门槛，阻碍了技术的普及；4.造成了单片机教学仪的成本过高，难以普及到广大学员人手一台。在系统编程ISPan-System Programming)，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上反复插拔器件，已经编程的器件也可以用ISP方式直接擦除或再编程，它代表了单片机的技术发展方向。ISP相对过去的开发技术更简单，单片机内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来改写。单片机内部通过SPI接口，接收上位机传来的数据并写入存储器中。即使将芯片直接焊接在电路板上，只要在电路板上留出和上位机的接口，就可以非常方便地实现单片机芯片内部存储器的改写，而无须采用取下芯片再放入专用编程器上烧写程序的传统方法。ISP技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成为成品，免去了调试时由于频繁地插入取出芯片的不便和对芯片和电路板损害，单片机直接焊接在电路板上减少了接触不良的发生。目前的单片机ISP 下载技术已经普及，ISP下载线成本低廉，制作简单，最低的下载线网购的价格Y8. 00/条， 质量较好的中档下载线Y20. 00 30. 00/条。ISP下载技术使用方便，应用广泛，硬件价格低廉，连接简单。如一种常用的ISP下载线，一头与计算机并口相连，将下载线10PIN或者 6PIN插头插入目标板的ISP 口，然后给目标板上电。打开ISP下载软件，端口选择LPTl，选择目标单片机芯片型号，可以通过PC机对目标单片机进行擦除、读取等操作，或者将HEX文件写入单片机的程序存储器(Flash ROM)。对单片机的EEPROM操作与HEX文件操作类似。 目前，ISP下载技术在多种单片机芯片上使用，与PC机等上位机的连接方式有并口、RS232 串口、USB，等。下载线也有多种标准，如通过SPI，JTAG，等接口的。通过PC机及其显示进行人机交互，可直接仿真、汇编软件，在电路板上进行程序修改、下载等操作，这对单片机程序的调试和升级都很方便。ISP下载线的线路很简单，适合自己动手制作。AVR、89S51单片机可以通用一条ISP下载线，在一般的开发过程中可以利用第三方免费软件，简单的下载线工作。传统生产流程一定要先对芯片进行预编程，并通过编程器将程序写入单片机芯片，工艺繁琐、专用设备贵，然后再装到PCB板上；下载线的编程方式改变了过去传统模式，已经成为主流的开发模式。现有的单片机开发、教学仪器基于人为操作容易损坏单片机开发器、单片机教学仪器的核心器件一单片机芯片，故单片机的I/O 口外围均加上74系列的缓冲器或者外围芯片，保护单片机芯片；学习过程中，要反复多次调试程序，所有的错误反馈、结果指示通过开发机或者学习机的显示模块显示。这些元器件和部件的存在造成了整个系统复杂，各种同类的单片机开发器、教学仪器各自不同的软硬件配置和界面，会形成对应的使用习惯，这些使用习惯多与工作中的开发工具不相近，使得学习者学习-形成实用技能-适应工作的成本过高，学习者潜在的淘汰率高。IT行业的PC机软件实用性和适应性越来越高，利用PC机软件仿真，可以实现许多硬件功能。如，可从Atmel公司网站免费获取AT89S ISP软件。近年来，一些单片机芯片的零售价只有Y3 5/片，与74LS中小规模集成电路的零售价格相差不大，但PCB板的制版费以及人工费、销售费用占比不断升高。而一些外设，如IXD显示，核心电路均采用大规模可编程逻辑器件设计，全硬件实现，性能稳定可靠，产品一致性好。采用简单的并行总线方式与51、AVR、PIC等单片机、DSP 直接连接，信号包括数据DO D7、地址AO Al、片选/CS、写/WR、读/RD ；有些IXD显示采用串行接线，仅需要Vcc、GND、R)(D三根线，使用非常简单，开发人员只需要熟悉产品的通讯协议，不需要编写底层的驱动程序，即可进行应用开发。
发明内容本实用新型针对现有的单片机教学仪器成本高、与主流开发模式脱节、学习后的技能难以迁移到主流开发模式的不足，采用主流的下载线方式结合第三方免费软件，形成基于第三方下载线的本实用新型一种89S51 ISP单片机模块化实验开发平台。本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为在IC锁紧插座S3对应于80S51单片机的各I/O 口 P0. 0 P0. 7、Pl. 0 Pl. 7、 P2. 0 P2. 7和P3. 0 P3. 7的各引脚分别接双线跳线槽的一端和发光二极管的负极，双线跳线槽的另一端接地，发光二极管正极接限流电阻的另一端，限流电阻的一端接电源。电源指示限流电阻R8的一端电源，另一端接电源指示发光二极管D8的正极，电源指示发光二极管D8的负极接地。晶体振荡器JZ的一端分别接第一振荡电容C2的一端、第十八双线跳线槽J18的一端、第十八双线跳线槽J18的另一端和IC锁紧插座S3的第18脚；晶体振荡器JZ的另一端分别接第二振荡电容C3的一端，第十九双线跳线槽J19的一端、第十九双线跳线槽J19 的另一端和IC锁紧插座S3的第19脚。第九双线跳线槽J9的一端接RST电容Cl的一端和电源，第九双线跳线槽J9的另一端分别接RST电容Cl的另一端和隔离二极管D4的正极；隔离二极管D4的负极接IC锁紧插座S3的第9脚、下载线接口 S2的RST芯和RST电阻R4的一端。所述的第四限流电阻R5的另一端接第四发光二极管D5的正极，第四发光二极管 D5的负极接IC锁紧插座S3的第四脚，第二十九双线跳线槽J29的一端，第五限流电阻R6 的另一端接第五发光二极管D6的正极，第五发光二极管D6的负极接IC锁紧插座S3的第 30脚，第三十双线跳线槽J30的一端，第六限流电阻R7的另一端接第六发光二极管D7的正极，第六发光二极管D7的负极接IC锁紧插座S3的第31脚，第三十一双线跳线槽J31的一端，第四限流电阻R5、第五限流电阻R6和第六限流电阻R7的一端接电源；第1. 5发光二极管Dl. 5负极接第一开关Kl 一端，第一开关Kl的另一端接IC锁紧插座S3的第6脚，第 1. 6发光二极管Dl. 6负极接第二开关K2 —端，第二开关K2的另一端接IC锁紧插座S3第 7脚，第1. 7发光二极管Dl. 7负极接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端接IC锁紧插座S3第8脚。本实用新型的基本构思是借助第三方免费软件的软件功能在PC机上实现程序调试、纠错、数据传送、显示、下载等开发或者学习功能；基于单片机芯片自身均有一定的 I/O驱动能力，价格低廉，将单片机芯片作为消耗性器件，省略外围驱动、缓冲电路，直接使用单片机I/O 口线驱动外围电路，并用发光二极管作为I/O状态指示器；单片机外围硬件电路模块化，通过本实用新型的一种89S51 ISP实验开发平台的双线跳线槽Jx插口，搭制出不同的开发、教学实验软硬件组合；本实用新型的89S51 ISP实验开发平台提供了基本的单片机电路结构和I/O状态指示，通过插接入不同的模块和选择不同的跳线策略，可以改变硬件组合，实现从最简单片机系统到复杂的系统，借助PC机软硬件实现单片机的实验开发平台，用于开发单片机系统，或者进行单片机的各种教学实验和编程、调试训练；可方便地更换不同型号的单片机芯片。本实用新型由可选择的不同针脚数、不同外形IC锁紧插座S3、一系列的双线跳线槽Jx，电源插口 Si、下载线接口 S2、去耦电容C4、电源指示限流电阻R8、电源指示发光二极管D8、晶体振荡器JZ、第一振荡电容器C2、第二振荡电容器C3、RST电容Cl、隔离二极管D4、 RST电阻R4、RST开关KR、第χ限流电阻Rx、第χ发光二极管Dx构成的第χ I/O的状态指
不； 此处所述的下载线接口 S2采用89S51系列的SPI接口，各芯线分别为Vcc、GND、 M0SI、MIS0、SCK、RST，与VFC模块，A/D转换模块；IXD模块，8段字码模块，串/并行口显示模块，…… 等配合，组成了一种89S51 ISP模块化实验开发平台。本实用新型的基本电路框架为除组成最简单片机系统的系统开销Vcc、GND、XTALl、XTAL2、RST外，所有的引脚外接一个限流电阻Rx、一个发光二极管Dx组成的下拉电路的I/O状态指示模块，以第χ引脚表示其中的一个引脚，第χ引脚接第χ双线跳线槽Jx的一端，第χ双线跳线槽Jx的另一端接地；第χ引脚接第χ发光二极管Dx负极，第χ发光二极管Dx正极接第χ限流电阻Rx的另一端，第χ限流电阻Rx的一端接Vcc ；单片机代表Vcc、GND、XTALl、XTAL2、RST的引脚组成了单片机的最简系统电路，单片机的第6引脚 第9引脚(1 1\1 )51、1050、500同时直接与下载线接口 S2的对应芯线相连。本实用新型实施方便，下载线和软件容易获得，学习者可以在模块化实验开发平台上获得各种基本的软硬件训练和扩展训练，形成的使用习惯与当前流行的开发手段一致，平台的功能强大，可扩展性强，单片机所有的I/O状态直接通过发光二极管指示，外围电路均简化为可积木式安装的模块，自行搭制连接电路，直观形象，操作使用人员容易理解和掌握，开发平台所需的元器件种类少，成本低廉，容易实现。
图1为本实用新型的电路图。图2为本实用新型的VFC模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详尽的描述。本实用新型的一种40引脚的89S51 ISP单片机模块化实验开发平台具体实施电路图如图1所示。电源插口 Sl的一端接下载线接口 S2的Vcc芯，去耦电容C4的一端，40Pin IC锁紧插座S3的第40脚， 电源指示限流电阻R8的一端，第0. 0限流电阻R0. 0的一端，第0 电阻R0. 7的一端，第1. 0限流电阻Rl. 0的一端，第1 电阻Rl. 7的一端，第2. 0限流电阻R2. 0的一端，第2 电阻R2. 7的一端，第3. 0限流电阻R3. 0的一端，第3 电阻R3. 7的一端，第9双线跳线槽J9的一端，RST电容Cl的一端，第4限流电阻R5的一端，第5限流电阻R6的一端，第6限流电阻R7的一端；电源插口 Sl的另一端接地，并接下载线接口 S2的GND芯，去耦电容C4的另一端，IC锁紧插座S3的第20脚，第20 双线跳线槽J20的一端，第一振荡电容C2的另一端，第二振荡电容C3的另一端，RST电阻 R4的另一端，和电源指示发光二极管D8的负极；第1双线跳线槽Jl的另一端，第2双线跳线槽J2的另一端，……，第8双线跳线槽J8的另一端，第10双线跳线槽JlO的另一端，第11双线跳线槽Jll的另一端，……，第 17双线跳线槽J17的另一端，第20双线跳线槽J20的另一端，第21双线跳线槽J21的另一端，……，直到第39双线跳线槽J39的另一端；与系统有关的回路电源指示限流电阻R8的另一端接电源指示发光二极管D8的正极，电源指示发光二极管D8的负极接地；晶体振荡器JZ的一端接第一振荡电容C2的一端，第18双线跳线槽J18的一端， 第18双线跳线槽J18的另一端，IC锁紧插座S3的第18脚；晶体振荡器JZ的另一端接第二振荡电容C3的一端，第19双线跳线槽J19的一端，第19双线跳线槽J19的另一端，IC锁紧插座S3的第19脚；RST支路第9双线跳线槽J9的另一端接RST电容Cl的另一端和隔离二极管D4
.1限流电阻R0. 1的一端，……，第0. 7限流 .1限流电阻Rl. 1的一端，……，第1. 7限流 .1限流电阻R2. 1的一端，……，第2. 7限流 .1限流电阻R3. 1的一端，……，第3. 7限流
6的正极，隔离二极管D4的负极接IC锁紧插座S3的第9脚，下载线接口 S2的RST芯和RST 电阻R4的一端；第4限流电阻R5的另一端接第4发光二极管D5的正极，第4发光二极管D5的负极接IC锁紧插座S3的第四脚，第四双线跳线槽J29的一端，第5限流电阻R6的另一端接第5发光二极管D6的正极，第5发光二极管D6的负极接IC锁紧插座S3的第30脚，第30双线跳线槽J30的一端，第6限流电阻R7的另一端接第6发光二极管D7的正极，第6发光二极管D7的负极接IC锁紧插座S3的第31脚，第31双线跳线槽J31的一端；与IC锁紧插座S3的各I/O引脚有关的各个回路第0. 0限流电阻R0. 0的另一端接第0. 0发光二极管DO. 0正极，第0. 0发光二极管DO. 0的负极接IC锁紧插座S3的第39脚和第39双线跳线槽J39的一端，……，第0. 7 限流电阻R0. 7的另一端接第0. 7发光二极管DO. 7正极，第0. 7发光二极管DO. 7的负极接 IC锁紧插座S3的第32脚和第32双线跳线槽J32的一端；第1. 0限流电阻Rl. 0的另一端接第1. 0发光二极管Dl. 0正极，第1. 0发光二极管Dl. 0的负极接IC锁紧插座S3的第1脚和第1双线跳线槽Jl的一端，……，第1. 4限流电阻Rl. 4的另一端接第1. 4发光二极管Dl. 4正极，第1. 4发光二极管Dl. 4的负极接IC 锁紧插座S3的第5脚和第5双线跳线槽J5的一端；第1. 5限流电阻Rl. 5另一端接第1. 5发光二极管Dl. 5正极，第1. 5发光二极管 Dl. 5负极接第一开关Kl 一端，第一开关Kl的另一端接IC锁紧插座S3的第6脚，下载线接口 S2的MOSI芯和第6双线跳线槽J6的一端，第1. 6限流电阻Rl. 6另一端接第1. 6发光二极管Dl. 6的正极，第1. 6发光二极管Dl. 6负极接第二开关K2 —端，第二开关K2的另一端接IC锁紧插座S3第7脚，下载线接口 S2的MISO芯和第7双线跳线槽J7的一端，第1. 7限流电阻Rl. 7另一端接第1. 7发光二极管Dl. 7正极，第1. 7发光二极管 Dl. 7负极接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端接IC锁紧插座S3第8脚，下载线接口 S2的SCK芯和第8双线跳线槽J8的一端；第2. 0限流电阻R2. 0的另一端接第2. 0发光二极管D2. 0正极，第2. 0发光二极管D2. 0的负极接IC锁紧插座S3的第21脚和第21双线跳线槽J21的一端，……，第2. 7 限流电阻R2. 7的另一端接第2. 7发光二极管D2. 7正极，第2. 7发光二极管D2. 7的负极接 IC锁紧插座S3的第观脚和第观双线跳线槽J28的一端；第3. 0限流电阻R3. 0的另一端接第3. 0发光二极管D3. 0正极，第3. 0发光二极管D3. 0的负极接IC锁紧插座S3的第10脚和第10双线跳线槽JlO的一端，……，第3. 7 限流电阻R3. 7的另一端接第3. 7发光二极管D3. 7正极，第3. 7发光二极管D3. 7的负极接 IC锁紧插座S3的第17脚和第17双线跳线槽J17的一端；RST开关KR的一端接RST双线跳线槽JR的一端，RST开关KR的另一端接RST双线跳线槽JR的另一端，两者组成了独立的RST按钮。使用时，将RST双线跳线槽JR的一端通过连接线接第9双线跳线槽J9的一端，RST双线跳线槽JR的另一端通过另一连接线接第9双线跳线槽J9的另一端。第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3分别隔离下载线接口 S2的MOSI芯与第1.5发光二极管Dl. 5、下载线接口 S2的MISO芯与第1. 6发光二极管Dl. 6以及下载线接口 S2的SCK芯与第1. 7发光二极管Dl. 7的联系，保证下载线足够的驱动能力。下载线接口 S2的主要电缆接线端芯为RST、M0SI、MIS0、SCK、Vcc、GND，以及若干根 NC空置端芯；下载线接口 S2的线端有几种通用排列方式，如Atmel的AT89S下载线排列、 AVR下载线排列、双龙下载线排列，还有其他的排列方法，可以相互转换。本实用新型的VFC模块的外围引脚电路如图2。VFC电路是常用电路，已经有多种 VFC通用集成电路，以及在VFC集成电路的基础上制作的VFC模块，如LM331集成电路及其 VFC模块。图2 VFC模块由电压输入端Vin，模拟/数字公共地GND，脉冲频率输出Fo，VFC 模块工作电源V四端组成，插接头SPll端系VFC模块的电压输入端Vin，插接头SP12端为模拟/数字公共地GND，插接头SP13端为脉冲频率输出R)，插接头SP14端为VFC模块工作电源V，V彡5V。使用时，VFC模块的插接头SPll端接被测模拟电压(进入VFC模块的电压输入端 Vin),插接头SP12端(VFC模块的模拟/数字公共地GND)接第χ双线跳线槽Jx的另一端 (接地)，插接头SP13端(VFC模块的脉冲频率输出Fo)接第χ双线跳线槽Jx的一端，即IC 锁紧插座S3的第χ引脚的I/O 口线，插接头SP14端(VFC模块的工作电源V)接正电源V， 典型的接法为接5V的Vcc，即接第40双线跳线槽J40。本实用新型的其他外围电路模块采用成品模块，直接与单片机芯片的I/O相连， 如，LCD显示模块，采用市售的字符LCD模块、带中英文字库的LCD模块，其接口分并口和串口两类，并口包括数据DO D7、地址AO Al、片选/CS、写/WR、读/RD等，一般不超过20 根引脚；设置成串行接口的IXD显示，有的只要Vcc、GND、RXD三根线，真正与单片机I/O打交道的只有一根RXD线，每种LCD模块均附有说明书和接口接线图、驱动方法和程序；LCD显示模块如采用串行接口模式，可按如下接法实现单片机的第11引脚I/O P3. 1 (TXD)对应于IC锁紧插座S3的第11引脚，IXD显示模块的RXD端接第11双线跳线槽Jll的一端，IXD显示模块Vcc端接第40双线跳线槽J40，IXD显示模块的GND端接第11 双线跳线槽Jll的另一端；连接完成后，加载适当的单片机驱动程序就可以完成IXD显示任务。其它的8段字符模块，LED点阵模块，A/D转换模块，串行转并行模块，并行转串行模块，等等，几乎所有的单片机书籍、资料均有记载，均属于一般技术人员的公知技术，不
一一叙述。本实用新型中，电路各元器件的参考参数如下IC锁紧插座S3—带锁紧柄的IC 插座，如40芯的，电源插口 Sl—同轴插座，下载线接口 S2 —10芯或者6芯插针，开关Kl K3—拨动开关，RST开关一按钮开关，双线跳线槽Jx—双排插针或双排插座连接器，去耦电容 C4一0. 1 1 μ F，RST 电容 Cl一 1 10 μ F，RST 电阻 R4-4. 3 IOkQ，限流电阻 Rx—
2.4 3. 3 kQ/l/8ff,发光二极管Dx—红色/橙黄色发光二极管，隔离二极管一Si 二极管， 晶体振荡器JZ—石英振荡器，1 40MHz，振荡电容C2、C3—几pF，VFC模块一LM331组成， IXD显示模块一如HS12864-15系列，8位、4位并行接口及串行接口可选，其他模块一直接选购，单片机一AT89S51、AT89S52、AT89S53、AT89S8252、AT89S8253,......。
权利要求1.一种89S51 ISP单片机模块化实验开发平台，其特征在于在IC锁紧插座S3对应于 80S51 单片机的各 I/O 口 P0. 0 P0. 7,Pl. 0 PL 7、P2. 0 P2. 7 和 P3. 0 P3. 7 的各引脚分别接双线跳线槽的一端和发光二极管的负极，双线跳线槽的另一端接地，发光二极管正极接限流电阻的另一端，限流电阻的一端接电源；电源指示限流电阻R8的一端电源，另一端接电源指示发光二极管D8的正极，电源指示发光二极管D8的负极接地；晶体振荡器JZ的一端分别接第一振荡电容C2的一端、第十八双线跳线槽J18的一端、 第十八双线跳线槽J18的另一端和IC锁紧插座S3的第18脚；晶体振荡器JZ的另一端分别接第二振荡电容C3的一端，第十九双线跳线槽J19的一端、第十九双线跳线槽J19的另一端和IC锁紧插座S3的第19脚；第九双线跳线槽J9的一端接RST电容Cl的一端和电源，第九双线跳线槽J9的另一端分别接RST电容Cl的另一端和隔离二极管D4的正极；隔离二极管D4的负极接IC锁紧插座S3的第9脚、下载线接口 S2的RST芯和RST电阻R4的一端。
2.权利要求1所述的一种89S51ISP单片机模块化实验开发平台，其特征在于第四限流电阻R5的另一端接第四发光二极管D5的正极，第四发光二极管D5的负极接IC锁紧插座S3的第四脚，第二十九双线跳线槽J29的一端，第五限流电阻R6的另一端接第五发光二极管D6的正极，第五发光二极管D6的负极接 IC锁紧插座S3的第30脚，第三十双线跳线槽J30的一端，第六限流电阻R7的另一端接第六发光二极管D7的正极，第六发光二极管D7的负极接 IC锁紧插座S3的第31脚，第三十一双线跳线槽J31的一端，第四限流电阻R5、第五限流电阻R6和第六限流电阻R7的一端接电源； 第1. 5发光二极管Dl. 5负极接第一开关Kl 一端，第一开关Kl的另一端接IC锁紧插座S3的第6脚，第1. 6发光二极管Dl. 6负极接第二开关K2 —端，第二开关K2的另一端接 IC锁紧插座S3第7脚，第1. 7发光二极管Dl. 7负极接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端接IC锁紧插座S3第8脚。
专利摘要本实用新型涉及一种89S51ISP单片机模块化实验开发平台。现有的单片机教学仪器成本高且与主流开发模式脱节。本实用新型在IC锁紧插座S3对应于80S51单片机的各I/O口P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.7的各引脚分别接双线跳线槽的一端和发光二极管的负极，双线跳线槽的另一端接地，发光二极管正极接限流电阻的另一端，限流电阻的一端接电源。本实用新型提供了基本的单片机电路结构，通过插接入不同的模块和选择不同的跳线策略，可以改变硬件组合，实现从最简单片机系统到复杂系统。
文档编号G09B23/18GK202189493SQ201120140000
公开日2012年4月11日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者胡建人 申请人:杭州电子科技大学
技术领域：
本实用新型属于计算机技术领域，涉及一种基于第三方下载线的89S51 ISP单片机模块化实验开发平台。
背景技术：
单片机已经深入到生活、家用电器和自动控制的各个领域。国内目前流行的8位单片机如8051、AVR、PIC各系列的单片机。为了方便开发与学习单片机，国内外设计、生产了各类单片机开发装置、各类教学仪器，它们为普及单片机应用与知识做出了贡献，但各个生产商的产品结构、布局不同，软件设计风格不同，过多的硬件集合在单片机教学仪器上， 1.增加了仪器的复杂度，使得单片机教学仪不够直观，学习使用困难；2.降低了学员的学习效率；3.更严重的是，单片机教学仪器的使用方法与社会流行的开发手段脱节，极大地增加了学习者在工作中专业技能迁移的成本，提高了入门门槛，阻碍了技术的普及；4.造成了单片机教学仪的成本过高，难以普及到广大学员人手一台。在系统编程ISPan-System Programming)，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上反复插拔器件，已经编程的器件也可以用ISP方式直接擦除或再编程，它代表了单片机的技术发展方向。ISP相对过去的开发技术更简单，单片机内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来改写。单片机内部通过SPI接口，接收上位机传来的数据并写入存储器中。即使将芯片直接焊接在电路板上，只要在电路板上留出和上位机的接口，就可以非常方便地实现单片机芯片内部存储器的改写，而无须采用取下芯片再放入专用编程器上烧写程序的传统方法。ISP技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成为成品，免去了调试时由于频繁地插入取出芯片的不便和对芯片和电路板损害，单片机直接焊接在电路板上减少了接触不良的发生。目前的单片机ISP 下载技术已经普及，ISP下载线成本低廉，制作简单，最低的下载线网购的价格Y8. 00/条， 质量较好的中档下载线Y20. 00 30. 00/条。ISP下载技术使用方便，应用广泛，硬件价格低廉，连接简单。如一种常用的ISP下载线，一头与计算机并口相连，将下载线10PIN或者 6PIN插头插入目标板的ISP 口，然后给目标板上电。打开ISP下载软件，端口选择LPTl，选择目标单片机芯片型号，可以通过PC机对目标单片机进行擦除、读取等操作，或者将HEX文件写入单片机的程序存储器(Flash ROM)。对单片机的EEPROM操作与HEX文件操作类似。 目前，ISP下载技术在多种单片机芯片上使用，与PC机等上位机的连接方式有并口、RS232 串口、USB，等。下载线也有多种标准，如通过SPI，JTAG，等接口的。通过PC机及其显示进行人机交互，可直接仿真、汇编软件，在电路板上进行程序修改、下载等操作，这对单片机程序的调试和升级都很方便。ISP下载线的线路很简单，适合自己动手制作。AVR、89S51单片机可以通用一条ISP下载线，在一般的开发过程中可以利用第三方免费软件，简单的下载线工作。传统生产流程一定要先对芯片进行预编程，并通过编程器将程序写入单片机芯片，工艺繁琐、专用设备贵，然后再装到PCB板上；下载线的编程方式改变了过去传统模式，已经成为主流的开发模式。现有的单片机开发、教学仪器基于人为操作容易损坏单片机开发器、单片机教学仪器的核心器件一单片机芯片，故单片机的I/O 口外围均加上74系列的缓冲器或者外围芯片，保护单片机芯片；学习过程中，要反复多次调试程序，所有的错误反馈、结果指示通过开发机或者学习机的显示模块显示。这些元器件和部件的存在造成了整个系统复杂，各种同类的单片机开发器、教学仪器各自不同的软硬件配置和界面，会形成对应的使用习惯，这些使用习惯多与工作中的开发工具不相近，使得学习者学习-形成实用技能-适应工作的成本过高，学习者潜在的淘汰率高。IT行业的PC机软件实用性和适应性越来越高，利用PC机软件仿真，可以实现许多硬件功能。如，可从Atmel公司网站免费获取AT89S ISP软件。近年来，一些单片机芯片的零售价只有Y3 5/片，与74LS中小规模集成电路的零售价格相差不大，但PCB板的制版费以及人工费、销售费用占比不断升高。而一些外设，如IXD显示，核心电路均采用大规模可编程逻辑器件设计，全硬件实现，性能稳定可靠，产品一致性好。采用简单的并行总线方式与51、AVR、PIC等单片机、DSP 直接连接，信号包括数据DO D7、地址AO Al、片选/CS、写/WR、读/RD ；有些IXD显示采用串行接线，仅需要Vcc、GND、R)(D三根线，使用非常简单，开发人员只需要熟悉产品的通讯协议，不需要编写底层的驱动程序，即可进行应用开发。
发明内容本实用新型针对现有的单片机教学仪器成本高、与主流开发模式脱节、学习后的技能难以迁移到主流开发模式的不足，采用主流的下载线方式结合第三方免费软件，形成基于第三方下载线的本实用新型一种89S51 ISP单片机模块化实验开发平台。本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为在IC锁紧插座S3对应于80S51单片机的各I/O 口 P0. 0 P0. 7、Pl. 0 Pl. 7、 P2. 0 P2. 7和P3. 0 P3. 7的各引脚分别接双线跳线槽的一端和发光二极管的负极，双线跳线槽的另一端接地，发光二极管正极接限流电阻的另一端，限流电阻的一端接电源。电源指示限流电阻R8的一端电源，另一端接电源指示发光二极管D8的正极，电源指示发光二极管D8的负极接地。晶体振荡器JZ的一端分别接第一振荡电容C2的一端、第十八双线跳线槽J18的一端、第十八双线跳线槽J18的另一端和IC锁紧插座S3的第18脚；晶体振荡器JZ的另一端分别接第二振荡电容C3的一端，第十九双线跳线槽J19的一端、第十九双线跳线槽J19 的另一端和IC锁紧插座S3的第19脚。第九双线跳线槽J9的一端接RST电容Cl的一端和电源，第九双线跳线槽J9的另一端分别接RST电容Cl的另一端和隔离二极管D4的正极；隔离二极管D4的负极接IC锁紧插座S3的第9脚、下载线接口 S2的RST芯和RST电阻R4的一端。所述的第四限流电阻R5的另一端接第四发光二极管D5的正极，第四发光二极管 D5的负极接IC锁紧插座S3的第四脚，第二十九双线跳线槽J29的一端，第五限流电阻R6 的另一端接第五发光二极管D6的正极，第五发光二极管D6的负极接IC锁紧插座S3的第 30脚，第三十双线跳线槽J30的一端，第六限流电阻R7的另一端接第六发光二极管D7的正极，第六发光二极管D7的负极接IC锁紧插座S3的第31脚，第三十一双线跳线槽J31的一端，第四限流电阻R5、第五限流电阻R6和第六限流电阻R7的一端接电源；第1. 5发光二极管Dl. 5负极接第一开关Kl 一端，第一开关Kl的另一端接IC锁紧插座S3的第6脚，第 1. 6发光二极管Dl. 6负极接第二开关K2 —端，第二开关K2的另一端接IC锁紧插座S3第 7脚，第1. 7发光二极管Dl. 7负极接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端接IC锁紧插座S3第8脚。本实用新型的基本构思是借助第三方免费软件的软件功能在PC机上实现程序调试、纠错、数据传送、显示、下载等开发或者学习功能；基于单片机芯片自身均有一定的 I/O驱动能力，价格低廉，将单片机芯片作为消耗性器件，省略外围驱动、缓冲电路，直接使用单片机I/O 口线驱动外围电路，并用发光二极管作为I/O状态指示器；单片机外围硬件电路模块化，通过本实用新型的一种89S51 ISP实验开发平台的双线跳线槽Jx插口，搭制出不同的开发、教学实验软硬件组合；本实用新型的89S51 ISP实验开发平台提供了基本的单片机电路结构和I/O状态指示，通过插接入不同的模块和选择不同的跳线策略，可以改变硬件组合，实现从最简单片机系统到复杂的系统，借助PC机软硬件实现单片机的实验开发平台，用于开发单片机系统，或者进行单片机的各种教学实验和编程、调试训练；可方便地更换不同型号的单片机芯片。本实用新型由可选择的不同针脚数、不同外形IC锁紧插座S3、一系列的双线跳线槽Jx，电源插口 Si、下载线接口 S2、去耦电容C4、电源指示限流电阻R8、电源指示发光二极管D8、晶体振荡器JZ、第一振荡电容器C2、第二振荡电容器C3、RST电容Cl、隔离二极管D4、 RST电阻R4、RST开关KR、第χ限流电阻Rx、第χ发光二极管Dx构成的第χ I/O的状态指
不； 此处所述的下载线接口 S2采用89S51系列的SPI接口，各芯线分别为Vcc、GND、 M0SI、MIS0、SCK、RST，与VFC模块，A/D转换模块；IXD模块，8段字码模块，串/并行口显示模块，…… 等配合，组成了一种89S51 ISP模块化实验开发平台。本实用新型的基本电路框架为除组成最简单片机系统的系统开销Vcc、GND、XTALl、XTAL2、RST外，所有的引脚外接一个限流电阻Rx、一个发光二极管Dx组成的下拉电路的I/O状态指示模块，以第χ引脚表示其中的一个引脚，第χ引脚接第χ双线跳线槽Jx的一端，第χ双线跳线槽Jx的另一端接地；第χ引脚接第χ发光二极管Dx负极，第χ发光二极管Dx正极接第χ限流电阻Rx的另一端，第χ限流电阻Rx的一端接Vcc ；单片机代表Vcc、GND、XTALl、XTAL2、RST的引脚组成了单片机的最简系统电路，单片机的第6引脚 第9引脚(1 1\1 )51、1050、500同时直接与下载线接口 S2的对应芯线相连。本实用新型实施方便，下载线和软件容易获得，学习者可以在模块化实验开发平台上获得各种基本的软硬件训练和扩展训练，形成的使用习惯与当前流行的开发手段一致，平台的功能强大，可扩展性强，单片机所有的I/O状态直接通过发光二极管指示，外围电路均简化为可积木式安装的模块，自行搭制连接电路，直观形象，操作使用人员容易理解和掌握，开发平台所需的元器件种类少，成本低廉，容易实现。
图1为本实用新型的电路图。图2为本实用新型的VFC模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详尽的描述。本实用新型的一种40引脚的89S51 ISP单片机模块化实验开发平台具体实施电路图如图1所示。电源插口 Sl的一端接下载线接口 S2的Vcc芯，去耦电容C4的一端，40Pin IC锁紧插座S3的第40脚， 电源指示限流电阻R8的一端，第0. 0限流电阻R0. 0的一端，第0 电阻R0. 7的一端，第1. 0限流电阻Rl. 0的一端，第1 电阻Rl. 7的一端，第2. 0限流电阻R2. 0的一端，第2 电阻R2. 7的一端，第3. 0限流电阻R3. 0的一端，第3 电阻R3. 7的一端，第9双线跳线槽J9的一端，RST电容Cl的一端，第4限流电阻R5的一端，第5限流电阻R6的一端，第6限流电阻R7的一端；电源插口 Sl的另一端接地，并接下载线接口 S2的GND芯，去耦电容C4的另一端，IC锁紧插座S3的第20脚，第20 双线跳线槽J20的一端，第一振荡电容C2的另一端，第二振荡电容C3的另一端，RST电阻 R4的另一端，和电源指示发光二极管D8的负极；第1双线跳线槽Jl的另一端，第2双线跳线槽J2的另一端，……，第8双线跳线槽J8的另一端，第10双线跳线槽JlO的另一端，第11双线跳线槽Jll的另一端，……，第 17双线跳线槽J17的另一端，第20双线跳线槽J20的另一端，第21双线跳线槽J21的另一端，……，直到第39双线跳线槽J39的另一端；与系统有关的回路电源指示限流电阻R8的另一端接电源指示发光二极管D8的正极，电源指示发光二极管D8的负极接地；晶体振荡器JZ的一端接第一振荡电容C2的一端，第18双线跳线槽J18的一端， 第18双线跳线槽J18的另一端，IC锁紧插座S3的第18脚；晶体振荡器JZ的另一端接第二振荡电容C3的一端，第19双线跳线槽J19的一端，第19双线跳线槽J19的另一端，IC锁紧插座S3的第19脚；RST支路第9双线跳线槽J9的另一端接RST电容Cl的另一端和隔离二极管D4
.1限流电阻R0. 1的一端，……，第0. 7限流 .1限流电阻Rl. 1的一端，……，第1. 7限流 .1限流电阻R2. 1的一端，……，第2. 7限流 .1限流电阻R3. 1的一端，……，第3. 7限流
6的正极，隔离二极管D4的负极接IC锁紧插座S3的第9脚，下载线接口 S2的RST芯和RST 电阻R4的一端；第4限流电阻R5的另一端接第4发光二极管D5的正极，第4发光二极管D5的负极接IC锁紧插座S3的第四脚，第四双线跳线槽J29的一端，第5限流电阻R6的另一端接第5发光二极管D6的正极，第5发光二极管D6的负极接IC锁紧插座S3的第30脚，第30双线跳线槽J30的一端，第6限流电阻R7的另一端接第6发光二极管D7的正极，第6发光二极管D7的负极接IC锁紧插座S3的第31脚，第31双线跳线槽J31的一端；与IC锁紧插座S3的各I/O引脚有关的各个回路第0. 0限流电阻R0. 0的另一端接第0. 0发光二极管DO. 0正极，第0. 0发光二极管DO. 0的负极接IC锁紧插座S3的第39脚和第39双线跳线槽J39的一端，……，第0. 7 限流电阻R0. 7的另一端接第0. 7发光二极管DO. 7正极，第0. 7发光二极管DO. 7的负极接 IC锁紧插座S3的第32脚和第32双线跳线槽J32的一端；第1. 0限流电阻Rl. 0的另一端接第1. 0发光二极管Dl. 0正极，第1. 0发光二极管Dl. 0的负极接IC锁紧插座S3的第1脚和第1双线跳线槽Jl的一端，……，第1. 4限流电阻Rl. 4的另一端接第1. 4发光二极管Dl. 4正极，第1. 4发光二极管Dl. 4的负极接IC 锁紧插座S3的第5脚和第5双线跳线槽J5的一端；第1. 5限流电阻Rl. 5另一端接第1. 5发光二极管Dl. 5正极，第1. 5发光二极管 Dl. 5负极接第一开关Kl 一端，第一开关Kl的另一端接IC锁紧插座S3的第6脚，下载线接口 S2的MOSI芯和第6双线跳线槽J6的一端，第1. 6限流电阻Rl. 6另一端接第1. 6发光二极管Dl. 6的正极，第1. 6发光二极管Dl. 6负极接第二开关K2 —端，第二开关K2的另一端接IC锁紧插座S3第7脚，下载线接口 S2的MISO芯和第7双线跳线槽J7的一端，第1. 7限流电阻Rl. 7另一端接第1. 7发光二极管Dl. 7正极，第1. 7发光二极管 Dl. 7负极接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端接IC锁紧插座S3第8脚，下载线接口 S2的SCK芯和第8双线跳线槽J8的一端；第2. 0限流电阻R2. 0的另一端接第2. 0发光二极管D2. 0正极，第2. 0发光二极管D2. 0的负极接IC锁紧插座S3的第21脚和第21双线跳线槽J21的一端，……，第2. 7 限流电阻R2. 7的另一端接第2. 7发光二极管D2. 7正极，第2. 7发光二极管D2. 7的负极接 IC锁紧插座S3的第观脚和第观双线跳线槽J28的一端；第3. 0限流电阻R3. 0的另一端接第3. 0发光二极管D3. 0正极，第3. 0发光二极管D3. 0的负极接IC锁紧插座S3的第10脚和第10双线跳线槽JlO的一端，……，第3. 7 限流电阻R3. 7的另一端接第3. 7发光二极管D3. 7正极，第3. 7发光二极管D3. 7的负极接 IC锁紧插座S3的第17脚和第17双线跳线槽J17的一端；RST开关KR的一端接RST双线跳线槽JR的一端，RST开关KR的另一端接RST双线跳线槽JR的另一端，两者组成了独立的RST按钮。使用时，将RST双线跳线槽JR的一端通过连接线接第9双线跳线槽J9的一端，RST双线跳线槽JR的另一端通过另一连接线接第9双线跳线槽J9的另一端。第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3分别隔离下载线接口 S2的MOSI芯与第1.5发光二极管Dl. 5、下载线接口 S2的MISO芯与第1. 6发光二极管Dl. 6以及下载线接口 S2的SCK芯与第1. 7发光二极管Dl. 7的联系，保证下载线足够的驱动能力。下载线接口 S2的主要电缆接线端芯为RST、M0SI、MIS0、SCK、Vcc、GND，以及若干根 NC空置端芯；下载线接口 S2的线端有几种通用排列方式，如Atmel的AT89S下载线排列、 AVR下载线排列、双龙下载线排列，还有其他的排列方法，可以相互转换。本实用新型的VFC模块的外围引脚电路如图2。VFC电路是常用电路，已经有多种 VFC通用集成电路，以及在VFC集成电路的基础上制作的VFC模块，如LM331集成电路及其 VFC模块。图2 VFC模块由电压输入端Vin，模拟/数字公共地GND，脉冲频率输出Fo，VFC 模块工作电源V四端组成，插接头SPll端系VFC模块的电压输入端Vin，插接头SP12端为模拟/数字公共地GND，插接头SP13端为脉冲频率输出R)，插接头SP14端为VFC模块工作电源V，V彡5V。使用时，VFC模块的插接头SPll端接被测模拟电压(进入VFC模块的电压输入端 Vin),插接头SP12端(VFC模块的模拟/数字公共地GND)接第χ双线跳线槽Jx的另一端 (接地)，插接头SP13端(VFC模块的脉冲频率输出Fo)接第χ双线跳线槽Jx的一端，即IC 锁紧插座S3的第χ引脚的I/O 口线，插接头SP14端(VFC模块的工作电源V)接正电源V， 典型的接法为接5V的Vcc，即接第40双线跳线槽J40。本实用新型的其他外围电路模块采用成品模块，直接与单片机芯片的I/O相连， 如，LCD显示模块，采用市售的字符LCD模块、带中英文字库的LCD模块，其接口分并口和串口两类，并口包括数据DO D7、地址AO Al、片选/CS、写/WR、读/RD等，一般不超过20 根引脚；设置成串行接口的IXD显示，有的只要Vcc、GND、RXD三根线，真正与单片机I/O打交道的只有一根RXD线，每种LCD模块均附有说明书和接口接线图、驱动方法和程序；LCD显示模块如采用串行接口模式，可按如下接法实现单片机的第11引脚I/O P3. 1 (TXD)对应于IC锁紧插座S3的第11引脚，IXD显示模块的RXD端接第11双线跳线槽Jll的一端，IXD显示模块Vcc端接第40双线跳线槽J40，IXD显示模块的GND端接第11 双线跳线槽Jll的另一端；连接完成后，加载适当的单片机驱动程序就可以完成IXD显示任务。其它的8段字符模块，LED点阵模块，A/D转换模块，串行转并行模块，并行转串行模块，等等，几乎所有的单片机书籍、资料均有记载，均属于一般技术人员的公知技术，不
一一叙述。本实用新型中，电路各元器件的参考参数如下IC锁紧插座S3—带锁紧柄的IC 插座，如40芯的，电源插口 Sl—同轴插座，下载线接口 S2 —10芯或者6芯插针，开关Kl K3—拨动开关，RST开关一按钮开关，双线跳线槽Jx—双排插针或双排插座连接器，去耦电容 C4一0. 1 1 μ F，RST 电容 Cl一 1 10 μ F，RST 电阻 R4-4. 3 IOkQ，限流电阻 Rx—
2.4 3. 3 kQ/l/8ff,发光二极管Dx—红色/橙黄色发光二极管，隔离二极管一Si 二极管， 晶体振荡器JZ—石英振荡器，1 40MHz，振荡电容C2、C3—几pF，VFC模块一LM331组成， IXD显示模块一如HS12864-15系列，8位、4位并行接口及串行接口可选，其他模块一直接选购，单片机一AT89S51、AT89S52、AT89S53、AT89S8252、AT89S8253,......。
权利要求1.一种89S51 ISP单片机模块化实验开发平台，其特征在于在IC锁紧插座S3对应于 80S51 单片机的各 I/O 口 P0. 0 P0. 7,Pl. 0 PL 7、P2. 0 P2. 7 和 P3. 0 P3. 7 的各引脚分别接双线跳线槽的一端和发光二极管的负极，双线跳线槽的另一端接地，发光二极管正极接限流电阻的另一端，限流电阻的一端接电源；电源指示限流电阻R8的一端电源，另一端接电源指示发光二极管D8的正极，电源指示发光二极管D8的负极接地；晶体振荡器JZ的一端分别接第一振荡电容C2的一端、第十八双线跳线槽J18的一端、 第十八双线跳线槽J18的另一端和IC锁紧插座S3的第18脚；晶体振荡器JZ的另一端分别接第二振荡电容C3的一端，第十九双线跳线槽J19的一端、第十九双线跳线槽J19的另一端和IC锁紧插座S3的第19脚；第九双线跳线槽J9的一端接RST电容Cl的一端和电源，第九双线跳线槽J9的另一端分别接RST电容Cl的另一端和隔离二极管D4的正极；隔离二极管D4的负极接IC锁紧插座S3的第9脚、下载线接口 S2的RST芯和RST电阻R4的一端。
2.权利要求1所述的一种89S51ISP单片机模块化实验开发平台，其特征在于第四限流电阻R5的另一端接第四发光二极管D5的正极，第四发光二极管D5的负极接IC锁紧插座S3的第四脚，第二十九双线跳线槽J29的一端，第五限流电阻R6的另一端接第五发光二极管D6的正极，第五发光二极管D6的负极接 IC锁紧插座S3的第30脚，第三十双线跳线槽J30的一端，第六限流电阻R7的另一端接第六发光二极管D7的正极，第六发光二极管D7的负极接 IC锁紧插座S3的第31脚，第三十一双线跳线槽J31的一端，第四限流电阻R5、第五限流电阻R6和第六限流电阻R7的一端接电源； 第1. 5发光二极管Dl. 5负极接第一开关Kl 一端，第一开关Kl的另一端接IC锁紧插座S3的第6脚，第1. 6发光二极管Dl. 6负极接第二开关K2 —端，第二开关K2的另一端接 IC锁紧插座S3第7脚，第1. 7发光二极管Dl. 7负极接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端接IC锁紧插座S3第8脚。
专利摘要本实用新型涉及一种89S51ISP单片机模块化实验开发平台。现有的单片机教学仪器成本高且与主流开发模式脱节。本实用新型在IC锁紧插座S3对应于80S51单片机的各I/O口P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.7的各引脚分别接双线跳线槽的一端和发光二极管的负极，双线跳线槽的另一端接地，发光二极管正极接限流电阻的另一端，限流电阻的一端接电源。本实用新型提供了基本的单片机电路结构，通过插接入不同的模块和选择不同的跳线策略，可以改变硬件组合，实现从最简单片机系统到复杂系统。
文档编号G09B23/18GK202189493SQ201120140000
公开日2012年4月11日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者胡建人 申请人:杭州电子科技大学
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