CN203397579U

CN203397579U - 一种内嵌多种加载电路的avr单片机开发实验系统

Info

Publication number: CN203397579U
Application number: CN201320503914.0U
Authority: CN
Inventors: 盛春明
Original assignee: Shenzhen Institute of Technology
Current assignee: Shenzhen Institute of Technology
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2023-08-16

Abstract

本实用新型提出了一种内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统，包括计算机和AVR单片机开发板，其中AVR单片机开发板包括AVR单片机、通过开关电路连接所述ARV单片机ISP接口的串行接口转换电路和并行接口转换电路、若干个功能模块以及时钟和电源。计算机通过串行加载线与所述AVR单片机的串行接口转换电路相连，通过并行加载线与所述AVR单片机的并行接口转换电路相连。此AVR单片机开发实验系统只需要通过不同的加载调试线连接开发板和PC机就能实现单片机程序的在线下载，而不需要通过专门的仿真器或编程器的参与。用户可以根据自己的需要选择合适的程序加载方式将单片机程序加载到单片机芯片上。通过这种方式大大降低了AVR单片机开发实验系统的使用成本，使得高校学生通过很低的价格就可以自行建立AVR单片机的开发实验环境。

Description

一种内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统

技术领域

本实用新型涉及一种单片机开发实验系统，尤其涉及一种内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统。

背景技术

单片机系统设计和开发技术的学习离不开单片机开发实验系统或套件的支持。目前市面上能够提供的单片机开发实验系统或套件的种类非常繁多且功能性能各异。各式各样的单片机开发实验系统普遍都存在这样一个相同的问题，那就是这些单片机开发实验系统的程序加载和调试都需要专门的设备支持才能完成，这样就给单片机开发实验系统的成本带来了极大地浪费。通常一个完整的单片机开发系统主要包括仿真器（或编程器）、加载调试线和开发板。仿真器（或编程器）主要完成单片机程序的下载和调试，加载调试线主要连接仿真器（或编程器）、PC机以及开发板，而开发板上主要是提供一些基于某一单片机的外围接口模块的通用实现电路。

现有的单片机开发实验系统一般是通过专门的仿真器、编程器或者加载头再通过加载调试线将在PC机上编译完成的单片机二进制执行文件下载到开发板上的单片机芯片上并执行。如果是通过仿真器连接的话，还可以在线观察下载下去的单片机程序运行的情况并进行程序的调试。还有一些型号比较老的单片机（如51单片机）是采用将单片机芯片取下来放在专门的编程器中进行编程，编程完成后再将芯片插回到开发板上去执行。另外，也有些型号的单片机则是采用单片机内部的通用异步收发串行接口来加载程序到芯片内部的程序存储空间的。

现有技术的缺点

1、单片机开发系统或者使用单片机芯片的电子产品，如果是通过仿真器、编程器或者加载头将程序加载到单片机芯片中去的话，主要存在两个问题，一个是价格不菲，通常一台仿真器和编程器的价格在几百到几千元不等，而一个加载头也至少需要几十元，这样的价格对于初学者尤其是在校大学生来说也是一笔不小的费用。另外一个问题是使用起来比较麻烦。通过这种方式来下载程序的单片机开发系统，通常需要一台电脑、仿真器（或编程器和加载头）、两根加载调试线才能建立一个完成单片机开发和学习环境。电脑用于编写和编译单片机程序并将其生成二进制执行程序。仿真器、编程器或加载头是将二进制执行程序固化或烧写到单片机芯片上去。两根加载调试线中的一根用于连接电脑和仿真器、编程器或加载头，另外一根用于连接仿真器、编程器或加载头以及单片机电路板。此种方式工作原理框图如附图1所示。

2、一些老的型号的单片机芯片程序编程时还需要将芯片从单片机电路板上拔下来然后放在专门的编程器中进行编程，编程完成后再将芯片插回到开发板上执行。这种方式的缺点是当芯片程序需要升级则每次都需将电路板上的单片机芯片取下来，既费时也不方便。同时为了方便芯片在电路板上的来回插拔，这种方式的单片机电路板在设计上必须包含有单片机芯片的插座，这样电路板的面积就大大增大，增加了产品的成本。同时这样专门的编程器在价格上也不便宜。

3、有些单片机还采用单片机内部的通用异步收发串行接口来加载程序到芯片内部的程序存储空间。这种方式的单片机在上电后芯片内部会自动运行一个启动程序检测单片机的通用异步串行通信口是否有程序需要下载，如有则将电脑上的单片机二进制执行程序下载到电路板上的单片机芯片上。下载完成后芯片再执行下载后的程序。这种方式的弊端一个是会占用单片机芯片中本就比较少的对外通信接口，同时也占用了电脑中常用的串行通信接口。另外一个弊端是单片机芯片的启动程序也会占用芯片内部的硬件资源。第三个弊端是通过串行接口加载程序的话速度也不是很快（加载速率一般最多达到115200bps）。此种方式工作原理框图如附图2所示。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统。此AVR单片机开发实验系统只需要通过不同的加载调试线连接开发板和PC机就能实现单片机程序的在线下载，而不需要通过专门的仿真器或编程器的参与。通过这种方式大大降低了AVR单片机开发实验系统的使用成本，使得高校学生通过很低的价格就可以自行建立AVR单片机的开发实验环境。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统，包括计算机和AVR单片机开发板，其特征在于，所述AVR单片机开发板包括AVR单片机、通过开关电路连接所述ARV单片机的ISP接口的串行接口转换电路和并行接口转换电路、若干个功能模块以及时钟和电源；所述计算机通过串行加载线与所述AVR单片机的串行接口转换电路相连，通过并行加载线与所述AVR单片机的并行接口转换电路相连。

进一步地，所述计算机还通过仿真器与所述AVR单片机的JTAG接口相连。

进一步地，所述串行加载线一端连接所述AVR单片机开发板的DB9接口，另外一端连接所述计算机的232串行接口。

进一步地，所述串行加载线由扁平线缆和两个DB9的母头组成。

进一步地，所述并行加载线一端连接所述AVR单片机开发板的DB25接口，另外一端连接所述计算机的打印机并行接口。

进一步地，所述并行加载线由扁平线缆和两个DB25的母头组成。

进一步地，所述仿真器与计算机以及仿真器与所述AVR单片机开发板的连接线缆由不同的仿真器型号来决定。

进一步地，所述开关电路由两个拨码开关S5和S6组成；当S5拨到ON的状态时，此时AVR单片机的ISP接口连接到串行接口转换电路，当S6拨到ON的状态时，此时AVR单片机的ISP接口连接到并行接口转换电路，S5和S6不能同时拨到ON状态。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提出的内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统，此AVR单片机开发实验系统只需要通过不同的加载调试线连接开发板和PC机就能实现单片机程序的在线下载，而不需要通过专门的仿真器或编程器的参与。用户可以根据自己的需要选择合适的程序加载方式将单片机程序加载到单片机芯片上。通过这种方式大大降低了AVR单片机开发实验系统的使用成本，使得高校学生通过很低的价格就可以自行建立AVR单片机的开发实验环境。

附图说明

图1是通过仿真器等加载单片机程序的工作原理框图；

图2是通过异步串行通信口加载单片机程序的工作原理框图；

图3是本实用新型的内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统框图；

图4是本实用新型的实验系统中的串行接口转换电路和开关电路；

图5是本实用新型的实验系统中的串行加载线连接示意图；

图6是本实用新型的实验系统中的并行接口转换电路和开关电路；

图7是本实用新型的实验系统中的并行加载线连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

技术术语的缩略表示：

ISP: In system Program；

JTAG: Joint Test Action Group；

UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter；

SPI: Serial Peripheral Interface；

AVR: ATEML公司实现的一种单片机产品系列。

本实用新型所提供的技术方案总体框图如附图3所示。在附图3中，计算机（电脑）上编译完成的二进制程序，既可以通过串行加载线将二进制程序加载到AVR单片机开发板中的AVR单片机芯片中，也可以通过并行加载线将二进制程序加载到AVR单片机开发板中的AVR单片机芯片中，同时如果需要在线仿真调试程序的话，也可以通过AVR单片机仿真器将程序下载到AVR单片机芯片中进行跟踪调试。

附图3中串行加载线一端连接AVR单片机开发板的DB9接口，另外一端计算机的232串行接口。

附图3中并行加载线一端连接AVR单片机开发板的DB25接口，另外一端计算机的打印机并行接口。

附图3中仿真器与电脑以及仿真器与AVR单片机开发板的连接线缆由不同的仿真器型号来决定，不同的仿真器的连接线缆是不同的。

AVR单片机开发板上的电源、时钟主要用于提供开发板所需要的电源和时钟信号，AVR单片机主要是指ATMEL公司的AVR系列单片机（如Atmega16、Atmega128等），功能模块1、功能模块2…功能模块n等是指AVR单片机开发板提供的各种接口测试电路如A/D、D/A模块电路、I2C模块电路、UART模块电路、LED和LCD模块电路等。

1、串行加载方式

串行加载方式主要由串行加载线、串行接口转换电路、开关电路以及AVR单片机的ISP接口组成。串行接口转换电路和开关电路如附图4所示。串行加载线连接示意图如附图5所示。AVR单片机开发板上的串行接口转换电路主要由如附图4所示的一个DB9的公头，再加上R1、R2、R3、R4和Q1组成。DB9的公头用于连接AVR单片机开发板外的串行加载线。R1、R2、R3、R4和Q1组成串行接口转换电路，从DB9上得到的硬件信号通过这些元件连接到S5拨码开关上。通过S5拨码开关再连接到AVR单片机的ISP接口上（通常由AVR单片机的SPI接口实现）。串行加载线主要由扁平线缆和两个DB9的母头组成。扁平线缆的两端分别连接两个DB9母头的3、4、5、6、7、8脚。

串行加载方式的特点是连线简单，但是速度比较慢，而且会占用计算机中使用较多的232串行接口。

2、并行加载方式

并行加载方式主要由并行加载线、并行接口转换电路、开关电路以及AVR单片机的ISP接口组成。并行接口转换电路和开关电路如附图6所示。并行加载线连接示意图如附图7所示。AVR单片机开发板上的并行接口转换电路主要由如附图6所示的一个DB25的公头再加上74HC244、D1和C1组成。DB25的公头用于连接AVR单片机开发板外的并行加载线。74HC244、D1和C1组成并行接口加载转换和驱动电路，从DB25上得到的硬件信号通过这些元件连接到S6拨码开关上。再通过S6拨码开关连接到AVR单片机的ISP接口上（通常由AVR单片机的SPI接口实现）。并行加载线主要由扁平线缆和两个DB25的母头组成。扁平线缆的两端分别连接两个DB25母头的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、20、21、22、23、24、25脚。

并行加载方式的特点是连线稍微复杂，但是速度很快，而且加载时所用到的计算机打印并行接口在实际中使用不是特别多。

3、开关电路说明

AVR单片机开发板上的开关电路实际上是指上述S5和S6组成的两个拨码开关组成的电路。当S5拨到ON的状态时，此时AVR单片机的ISP接口连接到串行接口转换电路，此时AVR单片机开发板可采用串行的方式加载程序。当S6拨到ON的状态时，此时AVR单片机的ISP接口连接到并行接口转换电路，此时AVR单片机开发板可采用并行的方式加载程序。S5和S6不能同时拨到ON，否则引起冲突。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种内嵌多种加载电路的AVR单片机开发实验系统，包括计算机和AVR单片机开发板，其特征在于，所述AVR单片机开发板包括AVR单片机、通过开关电路连接所述ARV单片机的ISP接口的串行接口转换电路和并行接口转换电路、若干个功能模块、时钟以及电源；所述计算机通过串行加载线与所述AVR单片机的串行接口转换电路相连，通过并行加载线与所述AVR单片机的并行接口转换电路相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述计算机还通过仿真器与所述AVR单片机的JTAG接口相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述串行加载线一端连接所述AVR单片机开发板的DB9接口，另外一端连接所述计算机的232串行接口。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述串行加载线由扁平线缆和两个DB9的母头组成。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述并行加载线一端连接所述AVR单片机开发板的DB25接口，另外一端连接所述计算机的打印机并行接口。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述并行加载线由扁平线缆和两个DB25的母头组成。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述仿真器与计算机以及仿真器与所述AVR单片机开发板的连接线缆由不同的仿真器型号来决定。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述开关电路由两个拨码开关S5和S6组成；当S5拨到ON的状态时，此时AVR单片机的ISP接口连接到串行接口转换电路，当S6拨到ON的状态时，此时AVR单片机的ISP接口连接到并行接口转换电路，S5和S6不能同时拨到ON状态。