專利名稱：一種單片機教學開發(fā)板的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于單片機領域，尤其涉及一種單片機教學開發(fā)板。
背景技術：
目前的單片機教學開發(fā)板從功能上劃分一般分為簡易型和多功能型。簡易型單片 機教學開發(fā)板主要以教學演示為主，具備常用的教學演示功能，如單片機端口輸入輸出控 制、流水燈控制、七段數碼管和4X4鍵盤控制、蜂鳴器控制、A/D轉換、繼電器控制、EEPROM 器件24C02讀寫控制、1602液晶屏顯示控制和串行通信等。簡易型單片機教學開發(fā)板具有 體積小、易于攜帶和成本低等優(yōu)點，但其系統(tǒng)主要以滿足教學演示為主，功能簡單、不易進 行擴展，在此基礎上進行二次系統(tǒng)開發(fā)較為困難。多功能型單片機教學開發(fā)板除了以上所述的簡易型單片機教學開發(fā)板的所有功 能外，還包括較為實用的復雜項目功能，如步進電機控制、直流電機控制、數字鐘、溫度傳感 器、光電傳感器控制、數字信號發(fā)生器、紅外數據傳輸等，多功能型開發(fā)板系統(tǒng)功能強大，易 于進行系統(tǒng)擴展，工程實用性強，在此基礎上進行二次系統(tǒng)開發(fā)較為容易，但是具有體積 大、不易于攜帶和成本高等缺點。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種單片機教學開發(fā)板，旨在解決現(xiàn)有技術中單片機 教學開發(fā)板多功能與小體積不能兼容的問題。本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種單片機教學開發(fā)板，包括單片機及其外圍電路；與所述單片機相連的單片機端口輸入輸出電路、流水燈控制電路、七段數碼管和 4X4鍵盤控制電路、蜂鳴器控制電路、A/D轉換電路、繼電器控制電路、電可擦可編程只讀 存儲器讀寫電路、1602液晶顯示電路、串行通信電路、步進電機控制電路、直流電機電路、數 字鐘電路、溫度傳感器電路、光電傳感器電路、數字信號發(fā)生器電路和紅外數據傳輸電路；連接上述電路的可擴展接口，所述單片機及其外圍電路和所述多個與單片機相連的功能模塊電路采用表貼器 件進行布局。進一步地，所述單片機及其外圍電路包括與所述單片機連接、擴展所述單片機輸入輸出口的并行擴展芯片及其外圍電路。更進一步地，所述可擴展接口包括與所述單片機外圍電路相連的可擴展接口、與單片機相連的可擴展接口、與功能 模塊電路相連的可擴展接口。本實用新型中，基于MCS-51內核的單片機進行控制，由MCS-51單片機及其外圍電 路、多種常用教學演示功能電路及復雜項目功能模塊電路、預留的可擴展接口組成，并采用 大量表貼器件對電路板進行合理布局，實現(xiàn)了單片機教學開發(fā)板的便攜性和多功能性。
圖1是本實用新型實施例提供的單片機教學開發(fā)板的系統(tǒng)功能模塊框圖；圖2是本實用新型實施例提供的單片機教學開發(fā)板的并行擴展芯片可擴展接口 電路圖；圖3是本實用新型實施例提供的單片機教學開發(fā)板的單片機可擴展接口電路圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型基于MCS-51內核的單片機進行控制，由MCS-51單片機及其外圍電路、 多種常用教學演示功能電路及復雜項目功能模塊電路、預留的可擴展接口組成，并采用大 量表貼器件對電路板進行合理布局，實現(xiàn)了單片機教學開發(fā)板的便攜性和多功能性。圖1示出了本實用新型實施例提供的單片機教學開發(fā)板的系統(tǒng)功能模塊框圖，為 了便于描述，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分。參照圖1，本實用新型實施例提供的單片機教學開發(fā)板包括采用了 MCS-51內核的 單片機1及其外圍電路，以及由單片機1控制實現(xiàn)的16個功能模塊電路。其中，單片機1 位于單片機教學開發(fā)板的中間，符合電磁兼容原理及人體功能學。在本實用新型實施例中， 單片機1采用了表貼封裝的MCS-51內核增強型STC89C52RC芯片，其不需要另外增加專用 的單片機程序燒寫器，而是支持通過串口進行程序的在線燒寫(Ιη-System Programming, ISP)，并通過相應的程序下載軟件在線查看程序的下載狀況。單片機1的外圍電路包括外部時鐘振蕩電路和按鍵復位電路，在上電工作的情況 下即可保證單片機1進行正常工作，同時還包括并行擴展芯片，在本實用新型實施例中的 并行擴展芯片型號為82C55，用于對單片機1的輸入輸出(Input/Output，I/O) 口進行擴展。在本實用新型實施例中，單片機1周圍合理分布著16個功能模塊電路，經由對單 片機1編寫相應程序從而控制實現(xiàn)相應的教學演示功能。其中，單片機端口輸入輸出模塊 電路2中包含一個獨立按鍵S17、一個紅色LED燈D18與一個綠色LED燈D19，分別與單片 機1中Pl 口的P17、PlO和Pll引腳相連，通過對單片機1編寫相應程序，實現(xiàn)用獨立按鍵 的按下與釋放兩種狀態(tài)分別控制紅色LED燈與綠色LED燈的亮、滅等功能。流水燈控制模塊電路3中，8個LED發(fā)光管與單片機1的并行擴展芯片PA 口的 PAO PA7引腳依次相連，通過對單片機1編寫相應程序，實現(xiàn)8個LED發(fā)光管依次周而復 始地單獨點亮。作為本實用新型的一個實現(xiàn)示例，相鄰LED發(fā)光管依次點亮的時間間隔可以設定 為大約Is。七段數碼管和4X4鍵盤控制模塊電路4中，七段數碼管和4X4鍵盤通過LED驅 動管理芯片ZLG7290與單片機1連接，并通過對單片機1編寫相應程序，在七段數碼管和 4X4鍵盤上控制和顯示對ZLG7290各功能的演示，包括測試直接寫顯存、下載數據、不同掃 描位數、閃爍功能、段尋址和鍵盤功能。[0027]蜂鳴器控制模塊電路5的控制信號與并行擴展芯片PC 口的PCO 口相連，通過對單 片機1編寫相應程序向PCO 口輸出高電平或者低電平，以控制蜂鳴器的鳴響或者靜音。A/D轉換 模塊電路6主要包括與單片機1相連的模數轉換芯片ADC0809及其外圍 電路，同時還包括兩個阻值為0 IOK的可調電阻和一個接線端子，其中，任何一個可調電 阻都可以通過調節(jié)阻值大小產生0 5V的模擬電壓信號作為外部模擬輸入信號，同時接線 端子可以通過外部引入兩路模擬輸入信號。在A/D轉換模塊電路6中，通過對單片機1編 寫相應程序，可以實現(xiàn)對外部模擬輸入信號進行采集、處理與顯示等功能。繼電器控制模塊電路7中，并行擴展芯片PC 口的PCl 口與繼電器相連，通過對單 片機1編寫相應程序進行控制，對PCI 口輸出高電平或者低電平，以控制繼電器的開合。電可擦可編程只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPR0M)AT24C02讀寫模塊電路8應用I2C總線通信協(xié)議實現(xiàn)單片機1與EEPROM器 件AT24C02的數據交換。其中，單片機1中Pl 口的P14、P15引腳分別作為I2C的SDA信號 線與SCL信號線，利用軟件模擬產生I2C總線通信協(xié)議規(guī)定的傳輸數據信號，完成單片機1 與AT24C02時鐘芯片之間的數據交換。在本實用新型實施例中，可以通過對單片機1編寫相應程序，實現(xiàn)對EEPROM器 件指定的多個連續(xù)地址寫入指定數值，再讀出已寫入器件地址的數值，并在七段數碼管和 4X4鍵盤控制模塊電路4中進行顯示。1602液晶顯示模塊電路9中，單片機1的RD引腳和WD引腳輸出的控制信號線與 74HC00的1引腳和2引腳相連，連接單片機11/0 口的74HC138的13引腳和74HC00的9引 腳和10引腳相連，通過三路信號的讀寫組合控制1602液晶顯示。在本實用新型實施例中， 1602液晶顯示器經由其內置寄存器讀寫數據，通過對單片機1編寫相應程序，實現(xiàn)在1602 液晶顯示器的第一行和第二行顯示相應的靜態(tài)字符或者動態(tài)字符。串行通信模塊電路10中，單片機1的TXD引腳和RXD引腳分別進行串行發(fā)送和接 收，兩路信號均被引至串口電平轉換芯片MAX232進行電平轉換，然后通過USB取電口與外 部串行口進行數據交換，實現(xiàn)單片機1與外部設備串行口進行數據交換的功能。單片機1為步進電機控制模塊電路11提供控制信號，并通過并行擴展芯片PB 口 的PBO PB5引腳的電平向步進電機控制模塊電路11輸出，間接控制步進電機驅動芯片的 運行。直流電機模塊電路12中，直流電機功率驅動電路采用了直流電機驅動器 TA7267BP,TA7267BP的引腳1和2連接到并行擴展芯片PC 口的PC2和PC3引腳上，而引腳 3和5則分別引出連接到所要控制的直流電機的兩端。通過對單片機1編寫相應程序，實現(xiàn) 對直流電機的啟動、方向及調速控制。數字鐘模塊電路13應用I2C總線通信協(xié)議實現(xiàn)單片機1與PCF8563時鐘芯片的 數據交換。其中，單片機1中Pl 口的P12、P13引腳分別作為I2C的SDA信號線與SCL信號 線，利用軟件模擬產生I2C總線通信協(xié)議規(guī)定的傳輸數據信號，完成單片機1與PCF8563時 鐘芯片之間的數據交換。通過對單片機1編寫相應程序，實現(xiàn)對時鐘芯片各個功能寄存器 的寫入，以及讀取時鐘芯片相應寄存器中秒、分鐘、小時、日、星期、月、年的值，并在1602液 晶顯示模塊電路9上進行顯示。溫度傳感器模塊電路14與單片機1之間采用了一線制總線方式進行數據讀寫，利用單片機的P17引腳作為一線制的通信信號線，通過對單片機1編寫相應程序，產生符合一 線制通信協(xié)議規(guī)定的傳輸數據信號，以實現(xiàn)對溫度傳感器模塊電路14的初始化及實時溫 度的讀取，并將讀取的實時溫度值在1602液晶顯示模塊電路9上進行實時顯示。光電傳感器模塊電路15中，四個光電傳感器U20、U21、U22、U23的引出腳相繼為 Sensor01、Sensor02、Sensor03、Sensor04，分別與并行擴展芯片 PC 口的 PC4 PC7 口連接， 通過對單片機1編寫相應程序，采集并行擴展芯片PC 口的PC4 PC7輸入的高低電平來進 行光電感應。在本實用新型實施例中，在任意一個光電傳感器凹形槽間無遮擋物進行遮擋 時，四個光電傳感器引出腳的輸出信號都為高電平；反之則為低電平。數字信號發(fā)生器模塊電路16中，單片機1產生的數字量通過模數轉換芯片 DA⑶832轉換為模擬量，并由DAC0832的8引腳輸出。通過連接示波器，可以觀測到由此產 生的各種波形。紅外數據傳輸模塊電路17中，單片機1使用高速同步串行口(Serial Peripheral interface, SPI)的通信方式，將數據發(fā)送給MAX3100芯片，再由MAX3100通過紅外模式對 數據進行發(fā)送；接收到的數據由MAX3100轉換為SPI通信協(xié)議，而后傳送給單片機1。在本 實用新型實施例中，通過對單片機1編寫相應程序，實現(xiàn)由MAX3100芯片完成紅外數據的發(fā) 送、接收及相關通信協(xié)議轉換功能。 在本實用新型實施例中，七段數碼管位于開發(fā)板右側，4 X 4鍵盤位于七段數碼管 下方，便于在進行鍵盤控制時對顯示部分進行觀察；步進電機控制模塊電路11與直流電機 模塊電路12的外接接口均位于開發(fā)板的左下角，便于電機外接引線的連接；A/D轉換模塊 電路6的外接模擬信號口、光電傳感器模塊電路15中的四個光電傳感器、數字信號發(fā)生器 模塊電路16的測量接口均位于開發(fā)板的右上角，便于對項目進行交互式操作及物理量的 測量；繼電器控制模塊電路7的外接接口、紅外數據傳輸模塊電路17中的收發(fā)接口均位于 開發(fā)板的上部，便于接線及紅外數據通信收發(fā)時進行對射。圖2示出了本實用新型實施例提供的單片機教學開發(fā)板的并行擴展芯片可擴展 接口電路圖，為了便于描述，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分。參照圖2，插針座CONl的1、3、5、7、9、11、13、15引腳分別連接并行擴展芯片PA 口 的PAO PA7引腳；CONl的0、2、4、6、8、10、12、14、16引腳分別連接8個LED發(fā)光管。插針座C0N2的1、3、5、7、9、11、13、15引腳分別連接并行擴展芯片PB 口的PBO PB7引腳；C0N2的0、2、4、6、8、10、12引腳分別連接步進電機控制模塊電路11中的6個控制 信號 8435CLK1、8435CLK2、8435CW、8435M1、8435M2、8435EFIN ；C0N2 的 14 禾口 16 引腳接地。插針座C0N3的1、3、5、7、9、11、13、15引腳分別連接并行擴展芯片PC 口的PCO PC7引腳；C0N3的0、2、4、6、8、10、12、14、16引腳分別連接蜂鳴器控制模塊電路5的控制 信號BELL、繼電器控制模塊電路7的控制信號RELAY、直流電機模塊電路12的控制信號 M0T0RIN+, M0T0RIN-、光電傳感器模塊電路15的4個光電傳感器數據輸入信號Sensorl Sensor4。圖3示出了本實用新型實施例提供的單片機教學開發(fā)板的單片機可擴展接口電 路圖，為了便于描述，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分。 參照圖3，單片機的Pl 口、部分P4 口、兩個外部中斷輸入口、1個計時器輸入口、三 個擴展電源(+5V和GND)輸出口分別引出，其中，J5 Jll以及J13的引腳2分別連接單片機的Pl 口的Pio P17引腳；J19的引腳2和3分別連接單片機的P4 口的P40引腳和 P41引腳;J17和J18的2引腳分別連接單片機的外部中斷INT3和INT2引腳J19的1引 腳連接單片機的計數器Tl引腳；J16的1引腳、J20的2引腳、J21的1引腳連接單片機的 +5V內部電源，J15的2引腳、J20的3引腳、J21的3引腳接地。在本實用新型實施例中，一些功能模塊電路的輸入輸出端口也通過預留的可擴展 接口引出，其中，參照圖3，J5和J7的1引腳分別連接流水燈控制模塊D18和D19燈的輸入 弓丨腳;J5和J7的3引腳分別連接LED驅動管理芯片ZLG7290的數據信號和時鐘信號；J6和 J9的1引腳、J18的3引腳分別連接PCF8563時鐘芯片的時鐘信號、數據信號、中斷輸出信 號；J6、J8、J9、J10、J17的3引腳分別連接MAX3100芯片的時鐘信號、數據輸入信號、片選 信號、數據輸出信號、中斷輸出信號J8和JlO的1引腳分別連接EEPROM器件24C02的數 據信號和時鐘信號J13的引腳連接溫度傳感芯片DS18B20的數據信號J13的3引腳連接 流水燈控制模塊S17鍵的輸出信號J16的2引腳連接電機驅動電源J15和J20的1弓丨腳 連接+12V的外接電源。本實用新型實施例中，單片機教學開發(fā)板上的大部分元件均采用表貼封裝，有效 地節(jié)省了空間，減小了體積。同時，電路板厚2mm，板面上均勻預留9個定位孔，可用銅柱進 行固定支撐，其中的4個定位既可以做支撐腳，也可以將1602液晶屏與開發(fā)板通過定位孔 固定在一起，合理的結構和布局使得教學開發(fā)板結構堅固、不易損壞，方便攜帶。本實用新型實施例以MCS-51內核的單片機為核心進行控制，提供16種單片機教 學演 示功能，并提供可擴展接口，以方便進行二次系統(tǒng)開發(fā)使用，同時單片機教學開發(fā)板采 用了大量表貼器件，并對電路板進行合理布局，實現(xiàn)了單片機教學開發(fā)板的便攜性和多功 能性。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內。
權利要求1.一種單片機教學開發(fā)板，其特征在于，所述單片機教學開發(fā)板包括單片機及其外圍電路；與所述單片機相連的單片機端口輸入輸出電路、流水燈控制電路、七段數碼管和4X4 鍵盤控制電路、蜂鳴器控制電路、A/D轉換電路、繼電器控制電路、電可擦可編程只讀存儲器 讀寫電路、1602液晶顯示電路、串行通信電路、步進電機控制電路、直流電機電路、數字鐘電 路、溫度傳感器電路、光電傳感器電路、數字信號發(fā)生器電路和紅外數據傳輸電路；連接上述電路的可擴展接口，所述單片機及其外圍電路和所述多個與單片機相連的功能模塊電路采用表貼器件進 行布局。
2.如權利要求1所述的單片機教學開發(fā)板，其特征在于，所述單片機及其外圍電路還 包括與所述單片機連接、擴展所述單片機輸入輸出口的并行擴展芯片及其外圍電路。
3.如權利要求1所述的單片機教學開發(fā)板，其特征在于，所述可擴展接口包括與所述單片機外圍電路相連的可擴展接口、與單片機相連的可擴展接口、與功能模塊 電路相連的可擴展接口。
專利摘要本實用新型適用于單片機領域，提供了一種單片機教學開發(fā)板，包括單片機及其外圍電路、與所述單片機相連的多個功能模塊電路、連接上述電路的多個可擴展接口。本實用新型以MCS-51內核的單片機為核心進行控制，提供16種單片機教學演示功能，并提供可擴展接口，以方便進行二次系統(tǒng)開發(fā)使用，同時單片機教學開發(fā)板采用了大量表貼器件，并對電路板進行合理布局，實現(xiàn)了單片機教學開發(fā)板的便攜性和多功能性。
文檔編號G05B19/042GK201837865SQ20102053136
公開日2011年5月18日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權日2010年9月14日
發(fā)明者潘曉寧 申請人:深圳信息職業(yè)技術學院