[发明专利]基于FORTH的交互式51单片机教学实验与开发主板

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FORTH的交互式51单片机教学实验与开发主板，属嵌入式计算机技术领域。

背景技术

51单片机自出现以来已取得了长足的发展，成为应用最广泛的8位单片机之一，小到电子玩具，大到航空航天技术等电子行业都有51单片机应用的影子。针对51单片机技术在电子行业自动化方面的重要应用，为满足广大学生、爱好者、产品开发者迅速掌握单片机技术，出现众多的51单片机教学实验与开发板。虽然现在16位32位的单片机越来越多，而51单片机作为8位单片机中的经典之作，在过去和将来相当长时间内，都将是各大高校相关专业必修课程之一。

FORTH 语言作为一种交互式、具有简单性哲学思想的计算机编程语言和环境，已被证明适合于在中小规模的嵌入式系统应用，往往作为国外大公司竞争系统开发周期、生产成本和系统可靠性的秘密武器之一，被广泛应用于天文、军事、航空、航天、工业自动化、图形、仪器仪表、工作站等领域。但在我国长期以没有得到重视，在高校中也鲜有开设FORTH课程的实例。 

 在51单片机教学实验板与开发板的教学实验或者是应用软件开发中，以往的实验或开发过程通常是：针对实验和开发目标，在开发PC上，采用51汇编语言或C语言编写源程序，然后通过51汇编程序编译工具或C51程序编译工具，将汇编程序源码或C程序源码进行编译、链接，生成51单片机可执行的机器码，利用专门的下载编程器，将机器码下载到51单片机教学实验板与开发板中，然后开始实验调试或运行。在调试或运行过程中，一旦发现程序存在问题，则又需要返回修改51汇编程序源码或C语言程序源码，修改完毕后，再次进行编译、链接、下载和运行，如此反复，直到实现预期目标为止。在进行较为复杂的实验或开发较为复杂的应用软件时，整个实验和开发过程往往需要进行多次反复。此外，在软件调试过程中，通常需要进行单步调试或断点调试，这就需要专门的仿真器来支持。因此，这种教学实验板与开发板以及实验与开发方式使得整个实验与开发过程繁琐和效率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于FORTH的交互式51单片机教学实验与开发主板，能够不依赖传统的51汇编或C51源码编写、编译，编程器下载，仿真器调试的方式，而是通过基于FORTH的交互式51单片机教学实验与开发主板连接一台运行终端仿真软件的PC或一个串行终端，在此PC或终端上以交互方式进行FORTH高级语言、FORTH汇编语言的编程、在线调试、运行以及程序固化，不再需要51汇编工具和C51编译工具以及下载编程器和仿真器，能够有效提升实验与开发效率。

基于FORTH的交互式51单片机教学实验与开发主板的结构如图1所示。它是由1片具有双串口并固化FORTH基本系统的51单片机芯片、1片8位锁存器芯片、2片32Kx8位SRAM芯片、1片双路TTL转RS232芯片、1片USB转串口芯片、1个SD或U盘读写接口插座、1个总线扩展插座、1个USB接口插座、2个RS232接口插座、1个ADC或GPIO接口插座、以及1个GPIO接口插座等元器件组成。

51单片机的P0口数据及地址复用总线经一片锁存器芯片分离出独立的8位数据总线和低8位地址总线，与P2口高8位地址总线、读写控制线一起连接2片SRAM芯片，构成扩展RAM存储空间。

8位数据总线、读写控制线及由51单片机GPIO信号线构成的片选信号线以并行数据方式连接至1个SD卡或U盘读写接口，可通过外接1个SD卡或U盘读写模块，构成外部数据存储空间。51单片机的SPI信号线和UART2信号线通过跳线与SD卡或U盘读写接口相连接，提供2种可供选择的串行数据方式操作SD卡或U盘读写模块。

8位数据总线、16位地址总线、读写控制线以及由51单片机GPIO信号线构成的片选信号线一起连接至1个总线扩展接口插座，构成总线扩展接口，用于连接其它实验模块或应用模块。

51单片机的UART1和UART2两个串口信号线经1片双路TTL转RS232芯片后连接至2个RS232接口插座。同时，UART1串口信号线还经1片USB转串口芯片后连接至1个USB接口插座。选择使用RS232接入UART1还是使用USB接口接入UART1通过跳线进行选择。

51单片机的ADC或GPIO复用信号线连接至1个ADC或GPIO接口插座，构成模数转换输入接口或通用输入输出接口。同时，51单片机的其它GPIO信号线连接至1个GPIO接口插座，构成通用输入输出接口。

51单片机的FLASH程序存储器中固化有51FORTH基本系统。