1绪论
1.1 引言
 单片机技术将计算机控制与电子技术应用有机地结合为一个整体的应用领域。近年来在工业智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、远程通信监控、智能楼宇自动化、家电等得到广泛应用和迅速发展。单片机的应用深度和广度已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。有专家预言：后PC时代计算机应用的最重要领域是以单片机技术发展的“嵌入式系统”。
 嵌入式系统源于计算机的嵌入式应用，早期嵌入式系统为通用计算机经改装后嵌入到对象体系中的各种电子系统，如舰船的自动驾驶仪，轮机监测系统等。嵌入式系统首先是一个计算机系统，其次它被嵌入到对象体系中、在对象体系中实现对象要求的数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能，由于嵌入在对象体系中，嵌入式系统的计算机没有计算机的独立形式及功能。单片机完全是按照嵌入式系统要求设计的，因此单片机是最典型的嵌入式系统。早期的单片机只是按嵌入式应用技术要求设计的计算机单芯片集成，故名单片机。随后，单片机为满足嵌入式应用要求不断增强其控制功能与外围接口功能，尤其是突出控制功能，因此国际上已将单片机正名为微控制器(MCU，Microcontroller Unit)。单片机是器件级计算机系统，它可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。小到微型机械，如手表、助听器。集成器件级的低价位，低到几元、十几元，足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户，正改变我们的生活，如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。单片机革新了原有电子系统，如微波炉采用单片机控制后，可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制；空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。
 目前电子元器件产业除了微处理器、嵌入式系统器件外，大多是围绕现代电子系统配套的元器件产业，例如满足人机交互用的按键，LED/LCD显示驱动、LED/LCD显示单元、语音集成器件等，满足数据采集通道要求的数字传感器、ADC、数据采集模块、信号调理模块等，满足伺服驱动控制的DAC、固体继电器、步进电机控制器、变频控制单元等，满足通信要求的各种总线驱动器、电平转换器等。
1.2  嵌入式系统源于计算机的嵌入式应用课题研究的目的及意义
 单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。AT89系列单片机以其优良的性能和价格优势，成为取代MCS51单片机的主流机型之一，有着十分广阔的应用前景。为适应目前的单片机教育，运用单片机及其接口技术的基本原理，基本理论，基本方法分析设计该AT89S51实验板，针对配合学习者的应用能力，配合单片机教学需要。
 单片机实验系统板集成多个硬件资源模块，每个模块各自可以成为独立的单元，也可以相互组合，因此，可以为不同阶层的单片机爱好者及单片机开发者提供不同的开发环境。为适应目前的单片机教育， AT89S51实验板的设计针对培养学习者的应用能力，配合单片机教学需要。面对信息科学技术日新月异的今天，学习和掌握电子信息类很是重要。只单一的学习理论是是不够的也不容易掌握，在教学工具的配合下能取得事半功倍的效果。该实验板的开发就着眼于配合教学培养人才以及爱好者的开发研究。
 如果说学单片机你不实践那是不可能学会的，关于实践有一种方法：找一块单片机的学习板，不要求功能太全的，对于初学者来说你买功能非常多的那种板子，有很多东西都用不着，有流水灯、数码管、矩阵键盘、A/D、D/A、点阵、语音、编程器、继电器，这就差不多了。如果上面我提到的这些，你能熟练应用，那可以说对于单片机方面的硬件你已经入门了，剩下的就是自己练习设计电路，不断的积累经验。
1.3 可行性分析
 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。鉴于这种情况，从教学和科研两个角度出发，我们此次的毕业设计尝试设计一种单片机教学实验板，来满足有关单片机教学实验的要求。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。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。如彩灯实验，数码管显示，音乐盒播放设计，键盘输入，模拟量的输入、输出，数模转换及电机正反转等。上述实验都不需要扩展硬件，该板上将提供全部接口和器件。同时为了强调学生的动手能力，在设计该实验板时，我们把AT89C51单片机的所有控制线、地址线和数据线经驱动后，将全部引入一排接线端子上，这就给系统的扩展提供了便利条件，我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。如存储器的扩充、键盘/显示接口芯片的扩展等、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。
1.4 方案设计
 系统功能主要有数据采集﹑数模转换﹑编程器﹑数字钟﹑键盘﹑彩灯实验﹑点阵LED显示屏﹑继电器接口和语音等模块的设计与实现，由于模块比较多，需要扩展I/O口，我们采用两片74LS138级联的方法把各个模块连到一起，一个或几个74LS138输出选通一个模块,通过P2.4,P2.5,P2.6,P2.7四根线译码,P2.4为零选中第一个74LS138芯片，P2.4为1选中第二个74LS138芯片，可以很容易获得各模块的地址分配。在确定了系统的全部功能之后，就应确定每种功能的实现途径，这就涉及到各个部分的模块化设计，用软硬件结合的办法实现其功能。