1緒論
1.1 引言
微控制器技術將計算機控制與電子技術應用有機地結合為一個整體的應用領域。近年來在工業智慧儀器儀表、光機電裝置、自動檢測、資訊處理、遠端通訊監控、智慧樓宇自動化、家電等得到廣泛應用和迅速發展。微控制器的應用深度和廣度已成為衡量一個國家工業發展水平的重要標誌。有專家預言：後PC時代計算機應用的最重要領域是以微控制器技術發展的“嵌入式系統”。
嵌入式系統源於計算機的嵌入式應用，早期嵌入式系統為通用計算機經改裝後嵌入到物件體系中的各種電子系統，如艦船的自動駕駛儀，輪機監測系統等。嵌入式系統首先是一個計算機系統，其次它被嵌入到物件體系中、在物件體系中實現物件要求的資料採集、處理、狀態顯示、輸出控制等功能，由於嵌入在物件體系中，嵌入式系統的計算機沒有計算機的獨立形式及功能。微控制器完全是按照嵌入式系統要求設計的，因此微控制器是最典型的嵌入式系統。早期的微控制器只是按嵌入式應用技術要求設計的計算機單晶片整合，故名微控制器。隨後，微控制器為滿足嵌入式應用要求不斷增強其控制功能與外圍介面功能，尤其是突出控制功能，因此國際上已將微控制器正名為微控制器(MCU，Microcontroller Unit)。微控制器是器件級計算機系統，它可以嵌入到任何物件體系中去，實現智慧化控制。小到微型機械，如手錶、助聽器。整合器件級的低價位，低到幾元、十幾元，足以使微控制器普及到許多民用家電、電子玩具中去。微控制器構成的現代電子系統已深入到各家各戶，正改變我們的生活，如家庭中的音響、電視機、洗衣機、微波爐、電話、防盜系統、空調機等。微控制器革新了原有電子系統，如微波爐採用微控制器控制後，可方便地進行時鐘設定、程式記憶、功率控制；空調機採用微控制器後不但遙控引數設定方便，執行狀態自動變換，還可實現變頻控制。目前許多家用電器如VCD、DVD只有微控制器出現後才可能實現其功能。
目前電子元器件產業除了微處理器、嵌入式系統器件外，大多是圍繞現代電子系統配套的元器件產業，例如滿足人機互動用的按鍵，LED/LCD顯示驅動、LED/LCD顯示單元、語音整合器件等，滿足資料採集通道要求的數字感測器、ADC、資料採集模組、訊號調理模組等，滿足伺服驅動控制的DAC、固體繼電器、步進電機控制器、變頻控制單元等，滿足通訊要求的各種匯流排驅動器、電平轉換器等。
1.2 嵌入式系統源於計算機的嵌入式應用課題研究的目的及意義
微控制器以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗等一系列優點，近幾年得到迅猛發展和大範圍推廣，廣泛應用於工業控制系統、資料採集系統、智慧化儀器儀表，及通訊裝置、日常消費類產品、玩具等。AT89系列微控制器以其優良的效能和價格優勢，成為取代MCS51微控制器的主流機型之一，有著十分廣闊的應用前景。為適應目前的微控制器教育，運用微控制器及其介面技術的基本原理，基本理論，基本方法分析設計該AT89S51實驗板，針對配合學習者的應用能力，配合微控制器教學需要。
微控制器實驗系統板整合多個硬體資源模組，每個模組各自可以成為獨立的單元，也可以相互組合，因此，可以為不同階層的微控制器愛好者及微控制器開發者提供不同的開發環境。為適應目前的微控制器教育， AT89S51實驗板的設計針對培養學習者的應用能力，配合微控制器教學需要。面對資訊科學技術日新月異的今天，學習和掌握電子資訊類很是重要。只單一的學習理論是是不夠的也不容易掌握，在教學工具的配合下能取得事半功倍的效果。該實驗板的開發就著眼於配合教學培養人才以及愛好者的開發研究。
如果說學微控制器你不實踐那是不可能學會的，關於實踐有一種方法：找一塊微控制器的學習板，不要求功能太全的'，對於初學者來說你買功能非常多的那種板子，有很多東西都用不著，有流水燈、數碼管、矩陣鍵盤、A/D、D/A、點陣、語音、程式設計器、繼電器，這就差不多了。如果上面我提到的這些，你能熟練應用，那可以說對於微控制器方面的硬體你已經入門了，剩下的就是自己練習設計電路，不斷的積累經驗。
1.3 可行性分析
隨著微機技術的不斷髮展,在許多工程領域微控制器的應用日趨廣泛,已逐漸取代了單板機。為了適應這一新形勢的變化,目前許多高校及一些中等專科學校已不再開設以單板機為主的“微機原理、介面及應用”課程，而直接講授微控制器及有關技術。但是目前缺少相應的實驗裝置及教材。鑑於這種情況，從教學和科研兩個角度出發，我們此次的畢業設計嘗試設計一種微控制器教學實驗板，來滿足有關微控制器教學實驗的要求。從教學實驗的角度出發，該實驗板可適用於電類專業和非電類專業不同層次微控制器教學實驗的要求，如：自動化，儀器儀表，電子技術，電子測量，計算機應用，機電一體化等各專業，及機械專業。利用該板可以做各種程式設計實驗，和一些簡單的輸入輸出介面實驗。如彩燈實驗，數碼管顯示，音樂盒播放設計，鍵盤輸入，模擬量的輸入、輸出，數模轉換及電機正反轉等。上述實驗都不需要擴充套件硬體，該板上將提供全部介面和器件。同時為了強調學生的動手能力，在設計該實驗板時，我們把AT89C51微控制器的所有控制線、地址線和資料線經驅動後，將全部引入一排接線端子上，這就給系統的擴充套件提供了便利條件，我們可以在麵包板上設計自己的介面電路，由微控制器來控制實現。如儲存器的擴充、鍵盤/顯示介面晶片的擴充套件等、若連續做的話，可以使每個同學在自己佔用的實驗板上，設計成一個獨立的應用系統。這對於同學們的實際工作能力，將會有一個很大的促進和提高。
1.4 方案設計
系統功能主要有資料採集﹑數模轉換﹑程式設計器﹑數字鐘﹑鍵盤﹑彩燈實驗﹑點陣LED顯示屏﹑繼電器介面和語音等模組的設計與實現，由於模組比較多，需要擴充套件I/O口，我們採用兩片74LS138級聯的方法把各個模組連到一起，一個或幾個74LS138輸出選通一個模組,通過P2.4,P2.5,P2.6,P2.7四根線譯碼,P2.4為零選中第一個74LS138晶片，P2.4為1選中第二個74LS138晶片，可以很容易獲得各模組的地址分配。在確定了系統的全部功能之後，就應確定每種功能的實現途徑，這就涉及到各個部分的模組化設計，用軟硬體結合的辦法實現其功能。
