1.選題意義
隨著電子技術和通訊技術的高速發展，微控制器技術已經日益成熟並且也滲透到國家經濟的各個領域。因此微控制器是作為一個電子相關專業的大學生必須要學好的科目，而且通過熟練的掌握微控制器技術能讓人們更好的學習更高階有關電子方面的晶片外部介面擴充套件的知識和
學到更多關於電子行業的高階技術；在製作微控制器開發板的時候能夠更深入的瞭解微控制器的內部結構和一些晶片使用和工作原理的知識。在製作微控制器開發板的時候不只是僅僅的掌握硬體電路設計的知識，還要了解更多的有關電子方面的一些常用軟體，例如；PROTEL軟體，製作開發板時能夠讓我們更熟練的掌握電路圖繪圖的方法和PCB的印製方法。在做好硬體電路完備以後還要對功能模組寫程式進行除錯，從而才能製作出有用的開發板，在寫程式的時候不僅能加強我們學習C51和組合語言知識的掌握，更能讓我們是一個軟硬體兼備的電子人才。微控制器具有成本低、體積小、可靠性高、具有高附加值、通過更改軟體就可以改變控制物件等優點，微控制器越來越成為電子工程師設計產品時的首選器件之一。對在校大學生學習微控制器意義是很重要的，讓大學生的理論知識和動手能力得以結合，因此擁有一塊微控制器開發板對微控制器學習的人們具有著極其重要的意義。
2.國內外研究現狀概述
微控制器大概可以追溯到20世紀70年代。1970-1974年之間，誕生了第一代4位微控制器。這類微控制器已經具有了並行I/O介面及一些常用的A/D和D/A等資源。這在當時來說是非常強大的，通過靈活的控制能力，使其應用於電視機、收音機和電子玩具。隨後，潘多拉的盒子便開啟。人們認識到微控制器的潛在能力和市場價值，各個公司便投入了大量的研究力量。在1974-1978年，微控制器進入8位時代。這個時期以Intel公司的MCS-48系列微控制器最具代表性。此時的微控制器內部集成了更為強大的8位CPU核心、多個並行I/O介面，同時增加了定時器/計數器及小容量的'RAM和ROM等。1978-1983年，Intel公司的MCS-51系列為代表，標誌著進入高檔8位微控制器時代。這個時期的微控制器工作頻率、硬體資源和RAM/ROM容量等都有極大的突破，創新地加入了串列埠通訊介面及多級中斷處理系統。我們現在所廣泛使用的微控制器都仍以該核心為基礎，因此，也常稱為51系列微控制器。隨後，微控制器市場便進入百花齊放、百家爭鳴時代。各個廠商不僅在增強微控制器的效能，還推出了不同型別的微控制器，例如PIC系列微控制器、ARM系列單
片機、AVR系列單片、C8051F系列微控制器，以及Cypress的Psoc系列等。這便是我們現在看到的微控制器領域的紛繁複雜格局[1]。
總的來說，現在的微控制器產品線非常豐富，4位、8位、16位微控制器乃至32位微控制器均有其各自的應用領域。微控制器的技術已經深入人心，現在如果不會微控制器，便很難跟上技術的發展。
由於微控制器的體積小，成本低，運用靈活，效能價格高，易產品化；研究週期短，能方便地組成各種智慧化的控制裝置和儀器；可靠性性高，抗干擾性強，BUS大多在內部，易採取電磁遮蔽，實用的溫度範圍寬，在各種惡劣的環境寫都能正常的可靠工作；實時控制能力強，實時響應速度快，可直接操作I/O介面；可方便地實現多機和分配控制，提高整個控制系統的效率和可靠性等特點微控制器現在研究的成果已經運用到以下領域：
（1）工業測控：對工業裝置（如機床、汽車、高檔中西餐廚具、鍋爐、供水系統、生產自動化、自動報警系統、衛星訊號接收等）進行智慧控制，大大的降低了勞動強度和生產成本，提高了產品質量的穩定性。
（2）智慧裝置：用微控制器改造普通儀器，儀表，讀卡器，使其（集測量，處理、控制功能為一體）智慧化、微型化。
（3）家用電器：如高檔的洗衣機、空調、電冰箱、微波爐、彩電、DVD、音響、手機、高檔電子玩具等，用微控制器控制。
（4）商用產品：如自動售貨機、電子收款機、電子秤。
（5）網路與通訊的只能介面：在大型計算機控制系統的網路系統或者通訊電路域外圍裝置的介面電路中，用微控制器控制或者管理，可大大的提高系統的執行速度和介面的管理水平。如圖形終端機、傳真機、影印機、繪圖儀、磁碟/磁帶機等。
3.主要研究內容
微控制器學習效果的優劣直接取決於微控制器的選擇，這次設計製作的開發板採用的是51系列的微控制器，C51系列微控制器內部具有128位元組RAM、5箇中斷源、32條I/O口線、2個16位定時器、4KB的程式儲存器、一個全雙工非同步序列口。本開發板選擇具有ISP線上程式設計功能的C51微控制器，該微控制器不需要燒寫器，可在開發板上ISP線上程式設計，具有廣泛的應用前景。可以滿足絕大多數的實際應用開發需求，在開發板上使用十分方便。本課題設計的C51微控制器開發板，具有一般開發板通用結構，並基於硬體進行相關軟體
設計。利用程式開發語言開發程式並實現ISP線上下載到微控制器，無需配置單獨的下載器。微控制器使用ISP線上下載程式，加快了程式設計者除錯的進度，使設計者所設計的程式儘快得到驗證。通過對開發板上的模組進行實驗，可以提高針對不同硬體進行程式設計的能力，同時通過實驗現象對所用的硬體也有了更深一步的認識。
此次設計的開發板是以微控制器位主控制系統的基礎上對微控制器外部介面進行擴充套件。充分利用了微控制器的內部資源。在外部電路模組中，分別擴充套件了一些常用的功能模組，數碼管顯示能提供了微控制器顯示功能；A/D轉換模組的設計很好的能進行模數轉換，還有串列埠通訊和USB串列埠通訊很好的實現了通訊中實現了傳送和接收等通訊功能，擴充套件介面巧妙的設計讓IO介面省了很多的資源，提供了外部介面擴充套件的功能，1602模組和12864提供了清晰穩定的顯示功能，電源供電以及8*8點陣等功能模組的設計使每個模組盡顯其能，充分體現了微控制器體積小，功能強大，價效比高等特點。
4.擬採用的研究思路
4.1 開發板系統功能
微控制器開發板是一個實際應用的系統，能夠為相關的微控制器實驗提供支援。此開發板是參考微控制器教材中的實驗內容設計的，能夠實現一些測試實驗。本論文包括硬體系統的詳細設計及C語言程式流程圖的製作。
此開發板設計的功能如下：
(1)10位AD轉換。
(2)鐵電儲存器讀寫（SMBUS）。
(3)16位PWM輸出。
(4)四位獨立鍵盤。
(5)SPI介面驅動1602ALCD。
4.2 開發板的效能要求
基於開發板的功能定義和各種晶片的效能引數，總結系統基本效能要求如下：
(1)各晶片所需的+3.3V平穩電壓。
(2)AT89C51微控制器時鐘訊號為11.0592MHz。
(3)AT89C51微控制器手動復位電路。
(4)顯示器件（1602、12864）。
(5)4位獨立鍵盤。
(6)AD、DA轉換。
(7)與PC機序列通訊。
(8)I/O口擴充套件功能。
4.3硬體總體設計
本人設計的微控制器開發板是以ST89C51作為主控制晶片,串列埠通訊晶片MAX3232、網路晶片CP2200、液晶顯示器、按鍵開關、AD/DA轉換等元器件組成,通過軟硬體結合實現鍵盤掃描,液晶顯示,與PC機序列通訊,I/O口擴充套件功能等。一方面,它能作為學生實驗的工具,另一方面,它也是綜合型微控制器系統設計的基礎,可擴充套件許多其它功能。