[发明专利]单片机模块化实验开发平台及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机技术领域，涉及单片机模块化实验开发平台及其使用方法。

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。单片机分4位、8位、16位、32位，如玩具、数字钟多采用4位单片机；国内目前流行的8位单片机如8051、AVR、PIC各系列的单片机，16位的如美国TI公司的MSP430系列超低功耗的混合信号处理单片机，32位的单片机或者称之为DSP的应用也日益广泛，典型的如ARM，已经成为手机、平板电脑等的通用CPU，甚至Windows也开始转向支持ARM芯片。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ISP（In-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或其它的串行接口，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及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￥8.00/条，质量较好的中档下载线￥20.00～30.00/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LPT1，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。如AVR studio软件和JTAG硬件结合，可以进行程序下载（编程）和程序在线调试。

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；ISP技术的出现简化为先固定器件到电路板上，再用JTAG等工具编程。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——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，这些使用习惯又大部分与工作中的开发工具不相近，使得学习者学习-形成实用技能的成本过高，学习者潜在的淘汰率高。