新型单片微机课程实验系统开发及应用

摘要

《微机原理与应用》课程对许多专业来说是一门重要的专业基础课。目前，国内各高校大多是以8086CPU(简称86系列)或者是以MCS-51单片机(简称51系列)为主要内容进行教学。近年来，随着计算机技术的飞速发展，大量高性能、采用新技术的嵌入式系统CPU的面世，给传统的微机教学带来了冲击，对微机教学方法的改进提出了新的课题。本文通过对微机教学改革的思考，完成了一个具有多种功能的开放式单片微机综合实验系统的硬件和软件设计，并探讨了微机原理课程新的教学方法。 本文首先叙述了课题背景，描述了研制新型单片微机综合实验装置，进行组合式设计的基本方案和思路。 接着，重点讲述了新型单片微机综合实验装置的在线仿真功能和在系统编程功能的实现方案。通过对关键的设计电路的分析，说明了开放式单片微机综合实验系统相应设计模块的实验目的和意义。 随后，讲述了可编程逻辑器件即CPLD应用技术在工程设计上的意义和实现方法，讨论了将这些技术与单片微机综合实验装置系统开发相结合的可行性和优越性，着重论述了基于CPLD技术，设计电子逻辑器件及其与单片机系统协调工作的实现过程。阐述了采用CPLD技术所设计的开放式单片微机综合实验系统给高校单片微机原理课程的实验教学方法带来的变化，为开放性教学实验室的实现提供了一种方案。 最后，对课题进行了总结，探讨了实验系统基本的应用模式，提出了今后该实验系统进一步完善的方向。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1微机原理与应用课程教学的现状

1.1.2单片机与嵌入式系统在教学上的意义

1.1.3微机原理类课程的教学内容及其课程的定位

1.1.4微机教学实验系统现状

1.2课题的研究意义

1.2.1单片微机实验教学现状和实际工程技术的发展

1.2.2课题研究基础

1.3论文的主要任务及内容及意义

第二章实验系统的总体方案

2.1实验系统硬件的组成

2.2模块连接设计

2.2.1模块间硬件连接接口的规划

2.2.2模块间的电源适配

2.3实验系统软件组成

2.4实验仪的应用模式

第三章基础级实验电路的设计

3.1基础级实验系统核心板的设计

3.1.1 CPU与存储器扩展系统设计

3.1.2复杂可编程逻辑器件的电路设计

3.2 LCD液晶显示部分电路设计

3.3键盘与LED显示部分电路设计

3.4 A/D转换部分电路设计

3.4.1 TLC2543A/D转换串行接口芯片的电路设计

3.4.2 MAX197A/D转换并行接口芯片的电路设计

3.4.3 A/D采样信号源电路设计

3.5 D/A转换部分电路设计

3.6时钟及定时器部分电路设计

3.6.1日历时钟电路设计

3.6.2定时、计数器电路设计

3.7简单I/O口电路设计

3.8通讯接口部分电路设计

第四章基于可编程逻辑器件的程序设计

4.1可编程逻辑器件的产生及其发展

4.1.1可编程逻辑器件发展简史

4.1.2硬件描述语言的出现

4.1.3可编程逻辑器件的开发工具与流程介绍

4.2 PLD/FPGA技术与应用

4.2.1 PLD/FPGA技术及其优势特点

4.2.2 PLD/FPGA工艺结构类型与特点介绍

4.2.3 PLD与FPGA的各自特点与应用领域

4.3实验系统中基于CPLD技术的程序设计示例

4.3.1通过CPLD独立工作来实现LED的动态闪烁

4.3.2通过CPLD独立工作来实现数码管的动态显示

4.3.3通过CPLD独立工作来实现开关量输入和译码显示

4.3.4通过CPLD与单片机配合工作实现时钟显示功能

4.4针对实验系统底板设计的CPLD的硬件驱动

第五章ARM嵌入式处理器核心板实验系统硬件设计

5.1 ARM嵌入式处理器简介

5.2 LPC2104微处理器的结构特点及功能简介

5.2.1 LPC2104的结构特点

5.2.2 ARM7TDMI-S处理器

5.2.3片内FLASH存储器

5.2.4片内静态RAM

5.2.5 LPC2104的存储器寻址

5.3 LPC2104的外部硬件电路设计

5.3.1 LPC2104芯片的引脚配置

5.3.2电源电路设计

5.3.3复位电路设计

5.3.4系统时钟电路

5.3.5主从JTAG接口电路设计

5.3.6串口电路设计

5.3.7蜂鸣电路及脉宽调制电路

5.3.8 12C电路设计

第六章单片微机实验系统及嵌入式操作系统

6.1单片微机实验系统的在线下载和调试环节的实现情况

6.2单片微机实验系统实验项目的开设

6.2.1基础级实验系统实验项目的开设

6.2.2提高级实验系统实验项目的开设

6.3实验系统中嵌入式操作系统的引入

6.3.1嵌入式操作系统的重要性

6.3.2适于教学的嵌入式操作系统

第七章课题结论与项目展望

7.1开放式单片微机综合实验系统完成情况及取得的成果

7.1.1课题总结

7.1.2实验系统存在问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目