摘要：单片机实验设备中以MCS-51为核心的产品最多,本文讨论了国内几款MCS-51系列单片机实验设备存在的缺陷,同时也提出了自己的设计方案,为新一代设备的问世提供参考。
目前,虽然单片机家族的成员种类繁多,但MCS-51系列单片机依旧占领着工业测控和自动化工程应用的主要市场,是国内单片机应用领域中的主流,这一客观事实决定了全国各大高校的单片机类教材仍以MCS51系列单片机为主,同时MCS51单片机教学和实验设备也得到了相当迅速的发展。
一、现有实验设备状况和特点
1.上海杭虹公司生产的ADEK单片机实验系统价格十分昂贵,约为五千元左右,且需外接一个稳压电源,体积也相当庞大。开发环境仅支持汇编语言编程,不支持C语言。
2.浙江启东计算机有限公司生产的DAIS80958B+实验系统,技术相对比较成熟,功能也较多,但价格仍要在三千元以上,体积也比较庞大。开发环境也存在局限性。使用时灵活性差。
3.国内还用很多单片机仿真机产品(例如:伟福等),但它们只有仿真功能,是真正意义上的仿真设备,没有任何外围电路,而且每台价格在一千八百元左右,相对比较昂贵。
二、各种实验设备的共同问题
1.功能接口陈旧且价格昂贵
实验系统上只是由一些传统的与教材同步的实验项目,一些综合性的、设计性的实验项目过于古老而失去的实际价值。在功能接口的数量上也相对较少,不利于系统结构的简化和扩展。在此种情况下,系统设备的整体价格仍旧保持在几千元以上,可以说其性价比很差。对于高校一般设备单位价值在500元以上,专用设备单位价值在800元以上,使用期限在一年以上,并在使用过程中基本保持原有物质形态的资产被称为固定资产。据统计,多数高校的单片机实验设备作为固定资产,使用期限一般为5-10年之间,其中期限为8年的占50%以上。对于当今电子行业的飞速发展可想而知,实验设备的经济价值与实用价值已经产生了矛盾,而且随着时间的推移正在逐步加深。
2.体积庞大
设备体积庞大意味着实验台面积要跟着增加,保存和管理均需占用很大空间,且在外观上也会失去美观。几大厂商的产品占用实验台面积基本上远超过一张A3纸,每台设备的保存空间大约也要在0.05立方米左右(按长*宽*高=0.6米*0.4米*0.2米=0.048立方米计算),如果一间实验室按配置40套实验设备计算,保存空间约占2立方米,数字虽小,但单位很大。
在设备检修与维护方面,由于生产厂家有一些技术不公开,所以造成多数故障实验室管理人员无法检测,需返厂维修,极大地加大了后期维护的成本,同时也会极大地影响实验的开出率。
3.存在编程环境的限制
编程语言的限制却是一个致命的问题。
汇编语言程序以执行速度快著称,因为汇编语言编出来的程序是最优化的程序。汇编语言要具体考虑每个寄存器和存储器的位数,较适合单片机初学者。但不同型号的单片机都有属于自己的一套汇编语言,因此程序根本不存在可移植性。所以不便于学生向其它型号单片机转向。
C语言是全世界工程技术人员中最为流行、和最通用的编程和调试语言。C程序生成机器代码的过程稍微复杂些,而且代码数要比直接用汇编语言编写的程序代码数多得多。但C程序具有很好的可移植性,而且算法实现容易,不用考虑寄存器位数限制,程序通俗易懂等特点。
正因为汇编语言和C语言各有各的优势和特点,所以不应对编程环境加以限制。更应该使二者结合起来给使用者提供更加便利的实验条件。
4.系统电源安全性差
系统电源若采用变压器降压加整流加稳压的方法,虽说可以得到各种不同的电压源,但势必要将交流220V直接引入实验设备上,在一定程度上存在安全隐患。
三、新型MCS51教学实验设备的设计探索
1.确定设计方案
要保留典型的功能接口作为对传统实验项目的兼容,去除功能陈旧而失去了实际意义和使用价值的功能接口,减少空间的浪费。实验设备上多设计一些数字化传感器功能接口,顺应数字化的发展趋势,而且实用价值高,性价比高。
采用的单片机作为系统处理器的核心,需要它可以通过串行口或ISP等方式从计算机上进行程序下载,简化开发过程。这样的单片机已经问世许多年,如STC89C系列单片机采用串行口下载程序,AT89S系列单片机采用ISP方式下载程序,它们都是51系列的兼容单片机。
采用KEILC编程调试环境,打破编程语言的局限。SST89E564RD等SST系列的几款单片机不仅可以兼容51系列单片机,而且可以通过串行口与PC机相连,使用KEILC编程调试环境进行单步运行、跟踪等仿真调试,十分方便。
2.系统设计
在完成相同功能的前提下,采用性价比高的元器件替换或改变设计方法,以降低生产成本。
虽说减小体积与增加功能接口是矛盾的,