80C196单片机多功能教学实验板的开发与研制

随着微机技术的不断发展,在许多工程领域单片机的应用日趋广泛,已逐渐取代了单板机。为了适应这一新形势的变化,目前许多高校及一些中等专科学校已不再开设以单板机为主的“微机原理、接口及应用”课程，而直接讲授单片机及有关技术。但是目前缺少相应的实验设备及教材，有些学校不得不把原来单板机的有关设备移植过来，从而大大增加了教师及学生在实验前的准备工作及实验难度，影响了本课程的教学效果。鉴于这种情况，我们在多年教学和科研的基础上，经过反复摸索实践，从教学和科研两个角度出发，既能满足各个阶层有关单片机教学实验的要求，又能便于那些搞科研的同志进行科技开发应用，因此，我们研制了这套多功能性单片机教学科研实验板，献给我们的同行和广大单片机用户。

从教学实验的角度出发，该实验板可适用于电类专业和非电类专业不同层次单片机教学实验的要求，如：自动化，仪器仪表，电子技术，电子测量，计算机应用，机电一体化等各专业，及机械专业。对于那些课时较少，实验时数较少的专业学生来说，利用该板可以做各种编程实验，和一些简单的输入输出接口实验。如开关量输入，发光二极管显示以及数码管显示等，再进一步可以做定时器实验―如电脑时钟，计数器实验等。对于学时数多一些的专业学生来说，还可以加上模/数、数/模转换实验，打印机接口实验，以及串行口的输入输出实验。上述所有实验内容，都不需要学生扩展硬件，该板上提供了全部接口和器件。对于有些专业，单片机原理及接口技术是一门主课，不但学时数多，而且还安排了课程设计。因此这就要求学生有一定的动手能力。所以在设计该实验板时，我们把80C196单片机的所有控制线、地址线和数据线经驱动后，全部引到了板子下端一排接线端子上，这就给系统的扩展提供了便利条件，同学们可以在面包板上设计自己的接口电路，由单片机来控制实现。最常见的实验如：存储器的扩充实验、键盘/显示接口芯片的扩展实验、电子时钟芯片的扩展实验以及其它一些常用接口的实验，若连续做的话，可以使每个同学在自己占用的实验板上，设计成一个独立的应用系统。这对于同学们的实际工作能力，将会有一个很大的促进和提高。

1 多功能实验板的硬件结构

80C196多功能实验板的硬件结构如图1所示。

1.1 多功能实验板的地址分配

EPROM2764用以存放固化的实验板监控程序,占用地址0000H～1FFFH。RAM6264用来存放待调试的程序和数据,占用地址 2000H～3FFFH。8155的CE端、EPROM2764的CE端和RAM6264的CE端分别与74LS138译码器的Y0、Y1和Y3相连,占用不同的地址段。

1.2 显示器与键盘

可编程并行I/O接口8155的PB7～PB0口用来提供六位共阴极LED5～LED0显示器的字形段码,PC5～PC0用来控制显示器的位选择。同时 PC5～PC0也兼作键盘的列线,提供列扫描信号；PA1和PA0用作键盘的行线,通过读行线的状态以确定是否有键按下。

1.3 D/A与A/D转换

80C196的PWM端经过缓冲和滤波之后通过LM324连接到插座S1,可用示波器观察波形。80C196的四路模拟输入端ACH7～ACH4与插座 S3相连,模拟量由此引入，采用查询方式进行A/D转换，当查询到A/D转换结束后，读取A/D转换结果寄存器的值。片内A/D的模拟量输入均可由电位器调节产生。插座S4与80C196的EXTINT端相连,作为外部中断输入，可对按钮开关的按动次数进行计数。

1.4 HSI与HSO

80C196的高速输出引脚HSO3～HSO0通过同相驱动器74LS14输出到插座S1,这样就可以用示波器观察HSO3～HSO0四个引脚的输出波形。插座S2通过同相驱动器74LS14连接到80C196的高速输入引脚HSI3～HSI0,被测信号可由此输入。

将80C196的HSO设定为软件定时器状态，软件定时100ms中断一次，实现每隔1秒钟使8155的PA0～PA7循环输出高电平送到发光二极管上显示出来。

1.5 其它

将微型打印机与80C196相连，打印出指定的字型和文字。

串行口RS232C可用来进行双向串行通讯实验。80C196的串行接收端RXD和串行发送端TXD经过TC232C的两个缓冲器完成逻辑电平的转换并由 RS232C输出。TC232C可以在±5V供电下提供±12V的输出电压,能够满足RS232C接口要求的逻辑电平。并行输入输出接口,可用来连接打印机或其它I/O设备,其数据引脚来自AD7～AD0,控制线和状态线来自 、 和AD15口。

2 多功能实验板监控程序简介

80C196多功能实验板的监控程序框图如图2所示。主程序从复位后的入口地址2080Ｈ开始,置堆栈指针为00C0Ｈ,若片内RAM不够用,堆栈也可设在片外RAM。8155、串行口和HSO初始化分别由子程序INI-8155、INI-232和INI-HSO完成。

起始子程序将提示符信息写入显示缓冲区,然后调用显示子程序DISPLAY在LED5上显示提示符“—”。出现提示符表示已完成初始化,并在监控程序控制下,等待接收键盘信息。

键盘扫描子程序KEY用来快速判断有无按键,若有键按下,则调用子程序KEYIN读入键值,为防止重键,读入键值后,再次调用KEY等键释放。接着对键值作出判断:若键值<16,则是数字键,调用数字键处理程序将键值存入显示缓冲区;若键值≥16,则是命令键,调用相应的命令键处理程序。

多功能实验板上共有6个命令键:

（1）AD键按下后将在LED5～LED4上显示提示信息“AD”,并在LED2～LED0上显示80C196的模拟通道ACH4的采样结果,且每隔0.5秒刷新一次。

（2）DA键按下后将在LED5～LED4上显示提示信息“DA”,并在与插座S1相连的示波器上显示三角波。

（3）PRINT键按下后将执行打印机演示程序。

（4）SI0键按下后将执行串行异步通讯演示程序,在LED5～LED3上显示提示信息“SIO”,LED1～LED0上显示待发送或接收信息的ASCⅡ码。

（5）SHIFT为上下档标志切换键,使该实验板的12个键能作为22个键使用。

（6）EXECUTE是执行键,输入4位16进制数后再按下EXECUTE键,则转向以该4位16进制数为首址的程序段执行。

 3 多功能实验板的使用

多功能实验板不仅可为80C196单片机教学提供实验手段,而且还可直接构成应用系统。实验或调试应用系统软件时可按图3所示的仿真方式连线。

                 图3 多功能实验板仿真调试时的连线图

作为一种实验装置,使用该实验板可直接进行显示与键盘、打印、定时中断、HSO、HSI、D/A、A/D和串行通讯等接口实验的软件调试。该实验板不但可通过EXECUTE键直接运行EPROM中的程序,还可通过按键执行一些较复杂的演示程序。若将该多功能实验板直接用于单片应用系统,可根据实际需要对其监控程序作适当修改,调试成功后再将其写入EPROM2764。

本文所介绍的80C196多功能实验板已在实用中取得较好效果,广大学生的使用表明:用它来完成80C196接口实验,大大提高了实验的效率和成功率。同时,将它直接用于单片机应用系统,可大大缩短开发周期。

参考文献：
[1] Intel Corporation. 16-Bit Embedded Controller [M]. 1990.
[2] 方建淳. MCS96系列8098单片机原理与应用技术[M]. 天津：天津科学技术出版社. 1990.
[3] 孙涵芳. Intel 16位单片机[M]. 北京：北京航空航天大学出版社. 1992.
[4] 李杏春. 8098单片机原理及实用接口技术[M]. 北京：北京航空航天大学. 1996.
[5] 王玉巧，孔仁昌，道克刚. 8098单片机多功能实验板的设计[J]. 实验室研究与探索，1997,(5):68-71.
[6] 刘朝阳. 用80c196设计一个16位单片机应用系统[J]. 无线通信技术，2000，(3):37-40.
[7] 李志宁，张英堂，张培林. 80C196串行中断通信中应注意的问题[J]，微计算机信息，2000，(4):71.