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Intel公司的MCS-51系列单片机成熟稳定,功能齐全,易学好用,在生产实践中应用广泛。AMD,Philips,Signetics,Siemens,Matra,Dallas,Atmel等国际著名企业相继投入MCS-51兼容产品的研发制造,使MCS-5家族速度更快,耗电更少,功能更强。学习基于MCS-51内核的高档单片机原理及应用对工科学生而言意义重大。本文选用AVR系列单片机中的ATmega16研制了单片机教学实验开发板,学生应用GCC,KeilC,LabView进行软件编程,可以实现:ISP并行下载,液晶显示,A/D转换,键盘与LED显示,UART串行通信,USB2.0通信,SPI和I~2C(TWI)串行总线、传感器、蜂鸣器等模块的试验和功能测试,丰富了单片机的教学实验,有助于提高学生的实验和动手能力。全文针对实验系统各部分的功能特点,在控制器芯片选型、硬件电路设计方面进行了详细的阐述,此外还论述了ATmega16单片机的集成开发环境。阐述围绕四部分进行:首先,对教学实验板的基本设计的思路和方案进行了阐述;其次,详细介绍了教学实验板的电路设计部分,包括存储器及外围芯片的选型,各单元电路硬件实现的具体步骤、重点细节和硬件调试方法等内容,给出了各单元电路的电路连接图。再次,设计模块化的USB通信子系统。采用CY7C68013芯片进行USB通信,并结合USB通信协议和USB控制芯片对该模块进行功能定义,给出USB控制芯片与AVR控制芯片之间的详细连接电路,以及USB固件程序。同时采用简洁流畅的图形化程序设计软件LabView设计上位机软件,其主要功能是发送数据给USB端,接收并显示采集到的数据。其中难点是USB芯片与LabView连接的驱动程序,本文中采用动态链接库把两者连接起来,使数据能正常的上传下行。最后,文章对课题进行了总结,探讨了实验系统基本的应用模式,提出了今后该实验系统进一步完善的方向。