学习单片机离不开实验，随着Flash型单片机的广泛应用，很多单片机工程师采用软件模拟加写片验证的方法进行开发工作，对于初学者而言，这也是一种很好的入门方法。目前，流行的单片机开发软件Keil可以获得免费的限制版（下载地址为www.zlgmcu.com/keitC51/keil-websits.asp），虽然最终代码有2K的限制，但对入门已够了，专门用于写89C51类芯片的编程器价格十分低廉（不足百元），而且编程器也是将来使用单片机必备的工具，相比之下，用于实验的电路板制作比较麻烦，用万用板搭接，只能做些很简单的电路，稍复杂的电路一般要用到双面板，而双面板在业余条件下是很难制作的。
为此，笔者在多年单片机教学（包括从事网络教学）的基础上，开发了一块使用单面板的单片机实验板，适合于业余爱好者自制。这块实验板采用89C51为主芯片，板上安装了5位数码管、8个发光二极管、4个按钮开关、音响输出、1个用555集成电路做的振荡信号源、AT24CXX类芯片插座、X5045芯片插座、RS232串行接口。利用这块实验板除可以进行常规的编程练习，如人机界面程序设计、音响、中断、计数器等实验外，还可以学习I2C接口芯片使用、SPI接口芯片使用、与PC机进行串行通讯。
一、原理图分析
图1是该实验板的电路原理图，从图中可以看到，主芯片（U1）的P1端口接了8个发光二极管，这些发光二极管的负端接到端口引脚，而其正端则通过一个排电阻（标号为JP4，阻值为470Ω）接到正电源端，这样，这些发光二极管发光的条件就是相应的端口为低电平，也就是说如果P1口某引脚输出为0，则相应的灯亮，如果输出为1，则相应的灯灭。
该行程序将使发光二极管L1～L4熄灭，而L5～L8点亮。
P0口和P2口的部分引脚构成了5位LED数码管驱动电路，这里LED数码管采用了共阳型。共阳型数码管端口（即对应abcdefgh）的引脚是二极管的负极，所有二极管的正极连在一起，构成公共端，即片选端。对于这种数码管的驱动，要求在片选端提供输出电流，为此，使用了PNP型的三极管8550作为片选端的驱动，共使用5只8550型三极管，所有三极管的发射极连在一起，接到正电源端，而它们的基极则分别连到P2.0～P2.4。当P2.0～P2.4中某引脚输出是高电平时，三极管不导通，不能给相应位的数码管供电，该位数码管一定不亮；反之，如果某引脚是低电平时，三极管导通，可以给相应的数码管供电，该位数码管是否点亮，点亮哪些笔段，就取决于这些笔段引脚是高或低电平了。从图中可以看出，所有5位数码管的笔段连在一起，通过限流电阻后接到P0口，因此，究竟哪些笔段会亮，取决于P0口的8根线是输出高电平还是低电平了。注意，为了简化线路板设计，减少跳线，P0口与笔段的连接并不“规矩”，即不是一种很有规律的一一对应的连接关系。具体的连接方法可以参考电路图，这是单片机开发中常见的一个问题。表1列出了根据这种连线方式而写的字形码表，表2则列出了位驱动线P2口线的关系。
3.串行接口
通讯功能是目前单片机应用中经常要用到的，本实验板设计了232接口芯片，这样，该板就可以和PC机进行通讯了。51单片机的P3口的引脚P3.0和P3.1的第二功能是串行口RXD与TXD，其内部的串行接口电路具有异步通讯功能，但是单片机输出的信号是TTL电平，也必须以TTL电平作为输入，而PC机是标准的RS232接口，以12V为高电平，0V为低电平。为获得电平匹配，实验板上扩充了一片HIN232芯片，该芯片是一个电平变换芯片，利用该芯片，可以将单片机的TTL电平变换为RS232所要求的电平，该芯片内部有电荷泵，只要单一5V电源供电即可自行产生高电压，使用非常方便，HIN232的外围电路也很简单，只要4只电容即可，电容的值可以从0.1μF到22μF，这里使用4只0.1μF的电容，实践证明，它们工作得很好。
要让实验板与PC机进行通讯，必须配通讯电缆，通讯电缆可以使用普通的3芯线来制作，3芯线的一端安装3芯插座，以便插到实验电路板上，另一端接一个DB9插座（母）以便插入PC机后的串行口（COM1或COM2）中。
4.按键输入
P3口的P3.2～P3.5接了4个按钮开关，由于是实验板，没有过多考虑抗干扰等问题，所以没有给这4个引脚接上拉电阻，直接利用了单片机芯片内部的弱上拉，读者在设计自己的线路板时，最好是给作为输入的管脚加上适当的上拉电阻。
5.计数实验
U2是一块555集成电路，该集成电路与相关阻容元件R2、R3、E3及C5构成了一个典型的多谐振荡电路，输出方波。在输出端接有一个发光二极管，用于显示振荡器的输出，该方波被用于单片机的计数信号输入。89C51的P3.3引脚的第二功能是T0端，即计数输入端，因此我们就把计数信号接到这个引脚 ，但是，如果将该引脚直接接到T0端，那么P3.3就不能作为输入脚使用了，为此，使用JP2作为选择，JP2是一个三引脚的插针，我们使用其中的两根分别连到T0引脚和555集成电路的输出引脚，在需要时用短路子将其相连，该引脚就可以作为计数输入端，否则该引脚可以作为输入引脚使用。
6.音响实验
P3.2上除了接有按钮输入端外，还作为音响的输出端使用，电路板上利用8050三极管驱动一个无源发声器，为了避免按键操作对发声电路的影响，使用JP3插针，只在需要时才用短路子将两个引脚连起来，这时P3.2即作为输出口来使用。
7.串行I2C接口
在单片机应用中，经常会有一些数据需要保存，传统的方法是用RAM，但RAM最大缺点是掉电之后数据即丢失，因此需要用比较复杂的后备电池供电电路进行断电保护，从而增加了成本。近年来，非易失性存储器技术发展很快，EEPROM就是其中的一种。由于EEP-ROM不能够无限多次地反复擦除和写入，这是它的缺点，但是断电之后，不需要特殊的断电保护措施，这是其优点，因此RAM和EEPROM各有自己的应用场合。而EEPROM中近年来应用非常广泛的是具有串行接口的EEPROM，其中24系列就是一种，该系列芯片采用二线制I2C接口，为了学习该存储芯片的使用及学习I2C的接口，实验板设计了24系列芯片插座（即U4），该插座可以插入常用24系列（如AT24C01A之类）的芯片进行试验。具体的连线请参考电路图，其中SDA为I2C总线中的数据线，SCL为I2C中的时钟线，而WP引脚是该芯片的写保护线。注意，I2C的数据线（SDA）是开漏输出，必须在该引脚和VCC之间接一个上拉电阻，一般使用5.1kΩ的电阻即可。
8. X5045接口与复位电路
X5045是一片多功能芯片，它具有以下的一些功能：上电复位、电压跌落检测、看门狗定时器及EEPROM。该芯片采用三线制SPI与单片机相连，这也是目前一个应用比较广泛的芯片。通过学习这块芯片与单片机接口的方法，还可以了解和掌握三线制SPI总线接口的工作原理及一般编程方法。电路图标号U5即X5045，其中CS为片选线，SO为数据输出线，SI为数据输入线，WP为写保护，SCK是时钟线，RESET是复位输出端。
电路板上设计了两套复位电路，一套是传统的阻容复位电路，使用E1（22μF）与R1（1kΩ）构成，另一套就是由X5045构成的复位电路。这两套复位电路的输出分别接到3线插针JP1的两端，JP1的中间脚接到单片机的复位端（⑨脚）通过使用短路子分别接通这两路复位电路，这样在暂不需要学习X5045的特性时，可以用阻容复位电路，避免不熟悉5045的特性而影响其他实验的进行。
（华旭东）