高等教育出版社 实验课程研发中心 HEP-MCU-01 单片机实验系统 使用说明书 V 1.0 高等教育出版社 实验课程研发中心 2009 年 5 月 1 高等教育出版社 实验课程研发中心 目录 一. HEP-MCU-01 单片机实验系统功能简介 ----------------------------------------------------------- 3 二. Keil μVision3 安装及配置 ----------------------------------------------------------------------------- 7 三. 单片机实验系统使用方法 ----------------------------------------------------------------------------- 8 四. 电路原理图------------------------------------------------------------------------------------------------ 8 五. 测试程序说明--------------------------------------------------------------------------------------------- 8 2 高等教育出版社 实验课程研发中心 一. HEP-MCU-01 单片机实验系统功能简介 1. 产品简介 HEP-MCU-01 单片机实验系统集嵌入式单片机 C8051F020 和 CPLD 等技术于一体,提 供了丰富的接口电路和功能模块,符合大多数本科院校和各类职业学校所开设的单片机类课 程的实验教学要求,是各类学校开展单片机和 CPLD 教学、课程设计、电子竞赛和科研开 发的理想设备。 2. 产品特色 1) 综合性 集成了常用电路模块,涉及输入输出、通讯、存储、显示、数据采集等方面,包括 IO 输入/输出、LCD 显示、USB-Device 通讯、以太网通讯、数码管显示、键盘、RTC、RS-232、 RS-422、SPI、AD/DA、Flash、铁电 RAM、CPLD 等功能模块。 2) 模块化 采用模块化设计,通过 CPLD 配置各模块的应用,使得用户可以自由选择使用不同的 模块,各模块间不会相互干扰。 3) 开放性 根据实验需要更换不同类型的单片机,扩大了本实验平台的适用范围,增强了本实验平 台的通用性。 4) 创造性 启发学生的创造性思维,组合不同的模块可以实现各种不同的功能,提高学生实验时的 自主性,使学生不拘泥于书本上规定的实验。 5) 配套资源 提供各模块的基本源程序,帮助学生提高编程能力。 3. 系统资源 ? MCU:C8051F020,片内 64k FLASH,4k XRAM; ? 片外:512kB FLASH,256kB 铁电 RAM; ? 单片机 JTAG 调试接口; ? ALTERA 公司 EPM3064 CPLD 及 JTAG 调试接口; ? 240×128 字符 LCD 显示器接口; ? 8 位 7 段数码管显示; ? 4×4 键盘; 3 高等教育出版社 实验课程研发中心 ? RS-232 接口; ? RS-422 接口 ? SPI 接口; ? I2C 接口 RTC; ? 12 bit ADC0、8 bit ADC1 输入接口,2 路 DAC 输出接口; ? 16 路 50mA/50V IO 功率输出,16 通道光电隔离输入; ? USB-Device 接口; ? 10M/100M 以太网接口; 4. 实验系统组成 ? HEP-MCU-BASE01 底板一块; ? C8051F_CORE 核心板一块(C8051F020); ? 240×128 字符 LCD 显示屏一块(选配); ? 新华龙 U-EC5 JTAG 调试工具一套(选配); ? DC 9V 2A 电源适配器一个; ? 配套程序光盘一张; 5. 实验系统图片及接口布局 LCD 显示屏 CPLD JTAG 口 LCD 显示模块 USB-Device 通讯模块 以太网 通讯模块 电源 模块 IO 输出 (16 路) IO 输入 (16 路) 实时时钟模 块 RS232 通讯模块 C8051F 单片机模块 键盘与 数码管 模块 CPLD 模块 存储器 模块 A/D 和 D/A 模块 4 SPI 通讯 模块 RS422 通讯模块 高等教育出版社 实验课程研发中心 图 1 HEP-MCU-01 单片机实验系统实物及接口布局图 6. 实验系统接口说明 J1 SPI 接口; 图 1 HEP-MCU-01 单片机实验系统布局图 2 46 8 1 35 7 序号 1 2 3 4 名称 3.3V SPI_SCK SPI_MOSI SPI_MISO 序号 5 6 7 8 名称 SPI_NSS GND NC NC 图 2 SPI 接口管脚排列 J2 ADC0 接口,标号见底板上丝印,VREF0:单片机 AD 转换参考电压输入, VREF:单片机程控电压输出; VREF VREF0 +3.3V 图 3 ADC0 参考电压选择跳线 J3-6 C8051F_CORE 单片机核心板插装处,注意插装的方向:核心板的缺口处与透 明面板的缺口处对应,外接管脚名称见丝印; J7 输出口 0-7 内接 GND 跳线; J8 输出口 8-15 内接 GND 跳线; J9 电源外接接口,电源电压如丝印所示,未标丝印端为 GND; J10、J12 输入口 0-16,标号见底板上丝印; J11 USB-Device 接口; J13、J14 输出口 0-16,标号见底板上丝印; J15 RS422 接口; 5 高等教育出版社 实验课程研发中心 123 456 序号 名称 序号 名称 1 GND 4 B 2 Y 5A 3 Z 6 3.3V 图 4 RS422 接口 J16 CPLD JTAG 调试口,符合 IEEE1149.1 标准; DB1 RS232 接口; J19 DAC 接口,标号见底板上丝印; J18 DAC 参考电压选择,VREFD:单片机 DA 转换参考电压输入,VREF:单片 机程控电压输出; VREF VREFD +3.3V 图 5 DAC 参考电压选择跳线 J24 DC 9V 电源插孔,内芯为正极; J25 LCD 接口; 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 6 高等教育出版社 实验课程研发中心 序号 1 2 3 4 5 6 7-14 名称 VSS VDD VO C/D RD WR D0-D7 序号 15 16 17 18 19 20 名称 CE RESET VOUT FS A K 图 6 LCD 显示接口管脚排列 J20 输出口 8-15 内接电源+5V; J21 输出口 0-7 内接电源+5V; J22 输入口 8-15 内接电源+5V; J23 输入口 0-7 内接电源+5V; 二.Keil μVision3 安装及配置 1. 安装 Keil μVision3 IDE 软件(用户自购或在网上下载试用版,光盘的配套工具文件夹下 有该软件的评估版); 2. 安装 C8051F 的 Keil μVision3 驱动程序(新华龙提供); 3. 安装新华龙 U-EC5 JTAG 调试工具的驱动(新华龙提供); 4. 在 Keil μVision3 设置中,选择 C8051F 驱动,如图 2; 图 7 选择 C8051F 单片机驱动 5. 设置 Debug 工具,如图 3,选择“USB Debug Adapter”中的调试器; 6. 如何利用 Keil μVision3 建立工程及调试方法请参考 Keil 相关书籍或实验系统配套程序 7 的工程设置。 高等教育出版社 实验课程研发中心 图 8 选择调试工具 三. 单片机实验系统使用方法 1. 将调试器用 10 芯扁平电缆连接到核心板的 JTAG 口; 2. 根据需要连接跳线; 3. 给系统板供电。提供电源的正确顺序:首先连接好调试器和实验系统板,然后接通实验 系统板电源,最后进行调试,不可以先提供实验系统板电源,再连接调试器; 4. 打开 IDE 开发环境,建立工程并进行相关设置。使用 JTAG 调试器对 C8051F020 芯片 编程或在线调试。 四. 电路原理图 该实验系统的底板和核心板的电路原理图存于:光盘根目录/电路原理图目录下,供用 户学习参考。 五. 测试程序说明 实验系统所配套的测试程序都在 Keil μVision3 和 U-EC5 平台下测试通过,Keil μVision3 详细配置及使用方法请参考相关资料。 所有测试程序在附带光盘的光盘根目录/配套程序_020 目录下,程序均配有基本的中/ 英文注释,以方便用户学习,加深用户对 C8051F 单片机的理解。 8 高等教育出版社 实验课程研发中心 1. 电压采样实验(AD) 摘要:本程序主要完成对电压的采样,A/D 转换并将电压值显示在 LCD 显示屏上,通 过修改程序中 ADC0_Convert 函数的入口参数便可改变采集的通道。实验前,需选择 ADC0 的参考电压(将 J17 的上面两脚短接,参考电压为内部 2.4V),直接输入电压范围:0-2.4V。 2. CPLD 配置实验(CPLD) 摘要:本程序主要完成对整个系统的配置。通过改变 CPLD 程序可以实现对各个外设 的片选地址,数据地址的修改。目录下包括了 CPLD 编码程序,各外设地址分配表和完整 CPLD 程序的 Quartus II 7.1 工程文件。 3. DA 函数波形输出实验(DA) 摘要:本程序主要实现将 SIN 函数的数据表通过 DA 转换,在 DAC0 口输出连续的 SIN 波形,在 DAC1 口输出连续的 COS 波形。实验前,将 J18 下面两脚短接;实验时用示波器 观察 DAC 的 2 个输出口波形。实验前,需选择 DAC 的参考电压(将 J18 的上面两脚短接, 参考电压为内部 2.4V),则输出电压范围:0-2.4V, 4. 键盘操作和数码管显示实验(Key) 摘要:本程序主要实现当按下任一按键时,将从键盘扫描芯片 BC7281 获得的键值显示 在数码管第 7 位上的功能。 5. Flash 读汉字实验(Flash) 摘要:本程序主要完成从存于 Flash 的二级字库中提取 16×16 点汉字数据,并将汉字显 示于 LCD 屏上。直接在 Flash 中的储存二级汉字库,并可以通过程序向 Flash 中写入一些非 二级汉字库的生僻字字模数据,供 LCD 汉字显示使用。在配套工具文件夹中有字模数据生 成工具。 6. IO 实验(IO) 摘要:本程序主要通过连续扫描 16 个输入口,得到输入的数字量并直接发送到输出口, 观察输入和输出口的 LED 指示灯,它们是保持同步亮灭的。 7. LCD 显示实验(LCD) 摘要:本程序主要完成图片、汉字和字符的显示。该程序可直接嵌入到其他程序中。 8. 时钟显示实验(IIC(RTC)) 摘要:本程序通过 IIC 接口将时钟芯片中的实时数据取出,再通过高速串行接口将数据 发给 BC7281,然后将数据转换成习惯的时间格式(时-分-秒)显示在数码管上。程序中 包括了 IIC 通讯的通用程序,只需改变读写地址便可与其它 IIC 设备进行数据交换。 9. RS232 和 RS-422 通讯(232-422) 9 高等教育出版社 实验课程研发中心 摘要:本程序完成将从 RS-232 接口收到的 10 字节数据原封不动通过 RS-422 接口发送 出去,实际上实现了简易的半双工的 232-422 转换器的功能。 10. PWM 实验(PWM) 摘要:本程序完成按预设的频率输出占空比为 50%的 PWM 波,并每隔1秒钟使占空比 递减 12.5%,以此往复,将示波器表笔与单片机 CEX0(P1.2)脚连接观察占空比的变化。 11. USB-Device 通讯实验(USB) 摘要:本程序使单片机接收 PC 机端发送来的数据,并原封不动的回传给 PC 机。实验 时,需用到 CH372 生产厂家提供的 PC 机端 USB 调试软件,在光盘的配套工具中可以找到, 具体使用方法: 1、当您首次将实验系统板与 PC 机连接时,需要安装 CH372 的驱动程序,驱动程序可 在根目录/参考文档/USB/CH372DRIVE 中找到,安装完成后,在 PC 机的设备管理器中的外 部接口下出现“USB CH372/CH375”,如图 8 所示; 图 9 安装 CH372 驱动程序 2、运行单片机示例程序,然后打开厂家提供的 CH372 的调试工具(配套工具/CH372 调试软件),如图 9 所示,红框内容显示实验系统板已与 PC 机连接上; 10 高等教育出版社 实验课程研发中心 图 10 CH372 调试工具 3、点击“打开设备”后,在端点 2 下传数据框中写入要下传到实验板上的数据(16 进 制数据)和数据长度,点击“下传”按钮,这样数据便已传到单片机中,单片机随即将数据 原封不动回传到 PC 机,此时,点击端点 2 上传的“上传”按键,数据便显示于上传数据框 中,如图 10 所示。 图 11 下传和上传数据 12. TCP/IP 网络通讯实验(LAN/TCPIP) 摘要:本程序运行后,当远程客户端连接到本机时,若连接端口为 80 或 1025,本机给 客户端发送欢迎信息。当本机作为客户端连接其它主机时,若主机给本机发送数据的首字符 为 ASCII 码,本机给主机发送“ASCII Received!”;而首字符为汉字时,本机给主机发送“汉 字收到!”。 11