CN103594012B - 单片机教学实训板 - Google Patents

Abstract

一种单片机教学实训板，其中所述单片机教学实训板开放，包括单片机最小系统及外围功能电路，所述单片机最小系统包括单片机、第一晶振电路、复位电路，所述外围功能电路包括中断信号电路、蜂鸣器电路、七段码显示电路、第一驱动电路、第二驱动电路、键盘电路、点阵LED显示电路、USB程序下载电路。上述单片机教学实训板电路简单、开放，功能稳定，不容易出现故障、死机等，同时电路一目了然，更利于初学者了解和学习单片机；采用USB程序下载电路下载程序，不受距离等的限制，更方便程序下载。

Description

单片机教学实训板

技术领域

本发明涉及单片机技术领域，特别是涉及一种单片机教学实训板。

背景技术

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器(CPU)、随机存储器、只读存储器、多种I/O(输入/输出)口和中断系统等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，被广泛运用到生活的各个领域。

传统的51系列单片机教学实训装置有很多，这些单片机教学实训装置功能强大，集开发、仿真、实训于一体，适用范围广。但是这些单片机实训装置都是成套设备，封装的比较严密，内部电路复杂，出故障、死机的概率较高；功能固化比较严重，学习单片机时只能按照说明书、指导书等进行简单的几个插线连接，不能从根本上理解软件和硬件的匹配关系，不利于单片机的学习；只能通过串口线下载程序，当单片机与电脑距离较远时，下载不方便等。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种开放的、能更好满足单片机教学实训要求的并且下载程序方便的单片机教学实训板。

一种单片机教学实训板，其中所述单片机教学实训板开放，包括单片机最小系统及外围功能电路，所述单片机最小系统包括单片机、第一晶振电路、复位电路，所述外围功能电路包括中断信号电路、蜂鸣器电路、七段码显示电路、第一驱动电路、第二驱动电路、键盘电路、点阵LED显示电路、USB程序下载电路；

所述第一晶振电路两端分别与所述单片机的振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端、振荡器反相放大器的输入端相连；所述复位电路与所述单片机复位输入端相连；所述中断信号电路与所述单片机的外部中断0端、外部中断1端相连；所述蜂鸣器电路与所述单片机的串行输入端相连；所述第一驱动电路与所述单片机P1口相连；所述七段码显示电路一端通过所述第一驱动电路与所述单片机P1口相连，另一端通过限流电阻与所述单片机的P20-P23端相连；所述第二驱动电路与所述单片机的P0口相连；所述键盘电路一端与所述单片机的P24-P26端相连，另一端与所述单片机的定时器0的外部输入端、定时器1的外部输入端、外部数据存储器写选通端、外部数据存储器读选通端相连；所述点阵LED显示电路通过所述第二驱动电路与所述单片机P0口相连；

所述USB程序下载电路包括USB转UART芯片、第二晶振电路、第一电容、第二电容、第三电容，所述USB转UART芯片的串行输出端与所述单片机的串行输入端相连，串行输入端与所述单片机的串行输出端相连；所述第二晶振电路一端与所述USB转UART芯片的晶体振荡器输入端相连、另一端与所述USB转UART芯片的晶体振荡器输出端相连；所述第一电容一端与所述USB转UART芯片的USB收发器的3.3V电源端相连，另一端接地；所述第二电容、第三电容并联，一端与VCC相连，另一端接地；

所述USB转UART芯片将从电脑接收的数据转换成RS232格式的数据，通过单片机的串行输出端传送到所述单片机；所述单片机的数据通过所述单片机的串行输入端传输给所述USB转UART芯片，所述USB转UART芯片将数据转换成USB格式数据，传输给电脑。

上述单片机教学实训板，相较于传统的单片机教学实训板，具有以下优点：

1、电路简单、开放，功能更稳定，不容易出现故障、死机等，同时电路一目了然，更利于初学者了解和学习单片机；

2、采用USB程序下载电路下载程序，不受距离等的限制，更方便程序下载。

附图说明

图1为本发明单片机实训板实施例装置示意图；

图2为本发明USB程序下载电路实施例的电路图；

图3为本发明单片机最小系统和中断信号电路实施例的电路图；

图4为本发明蜂鸣器电路实施例的电路图；

图5为本发明驱动电路、点阵LED显示电路、LED彩灯电路实施例的电路图；

图6为本发明七段码显示电路实施例的电路图；

图7为本发明键盘电路实施例的电路图；

图8为本发明RS232程序下载电路实施例的电路图；

图9为本发明电源电路实施例的电路图；

图10为本发明电源抗干扰电路实施例的电路图。

具体实施方式

为了使电路图清晰，附图中各电路间的信号走向通过标号注明，标号相同表示相连。例如附图中电路端头标“VCC”的地方表示连接电源正极，电路端头标“RXD”的地方相互连接等等。标号总共包括：VCC、GND、RXD、TXD、SW-H1、SW-H2、SW-H3、SW-H4、COM1、COM2、COM3、COM4、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07、P24、P25、P26、P27，其他的标号是注释。同时P0口由P00～P07组成，P1口由P10～P17组成，P2口由P20～P27组成。另外本发明附图中的所有元件数值、元件型号不受附图限制，均可以为其他等同形式，同时标注同一元件的脚码仅仅为了区分各个元件，不作为先后顺序。

下面结合附图对本发明单片机教学实训板的具体实施方式做详细描述。

如图1、图2所示，一种单片机教学实训板，其中所述单片机教学实训板开放，包括单片机最小系统020及外围功能电路，所述单片机最小系统020包括单片机021、第一晶振电路022、复位电路023，所述外围功能电路包括中断信号电路030、蜂鸣器电路040、七段码显示电路050、第一驱动电路061、第二驱动电路062、键盘电路070、点阵LED显示电路080、USB(通用串行总线)程序下载电路092；

所述第一晶振电路022两端分别与所述单片机021的振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端(XTAL1)、振荡器反相放大器的输入端(XTAL2)相连；所述复位电路023与所述单片机021复位输入端(RESET)相连；所述中断信号电路030与所述单片机021的外部中断0端(P32)、外部中断1端(P33)相连；所述蜂鸣器电路040与所述单片机021的串行输入端(RXD)相连；所述第一驱动电路061与所述单片机021P1口相连；所述七段码显示电路050一端通过所述第一驱动电路061与所述单片机021P1口相连，另一端通过限流电阻与所述单片机021的P20-P23端相连；所述第二驱动电路062与所述单片机021的P0口相连；所述键盘电路070一端与所述单片机021的P24-P26端相连，另一端与所述单片机021的定时器0的外部输入端(T0)、定时器1的外部输入端(T1)、外部数据存储器写选通端(WR/P36)、外部数据存储器读选通端(RD/P37)相连；所述点阵LED显示电路080通过所述第二驱动电路062与所述单片机021P0口相连；

所述USB程序下载电路092包括USB转UART(通用异步收发传输器)芯片、第二晶振电路、第一电容C35、第二电容C36、第三电容C37，所述USB转UART芯片的串行输出端与所述单片机021的串行输入端相连，串行输入端与所述单片机021的串行输出端相连；所述第二晶振电路一端与所述USB转UART芯片的晶体振荡器输入端(OSC1)相连、另一端与所述USB转UART芯片的晶体振荡器输出端(OSC2)相连；所述C35一端与所述USB转UART芯片的USB收发器的3.3V电源端(VDD-3V3)相连，另一端接地；所述第二电容C36、第三电容C37并联，一端与VCC相连，另一端接地；

所述USB转UART芯片将从电脑接收的数据转换成RS232格式的数据，通过单片机的串行输出端传送到所述单片机021；所述单片机021的数据通过所述单片机021的串行输入端传输给所述USB转UART芯片，所述USB转UART芯片将数据转换成USB格式数据，传输给电脑。

上述所用USB转UART芯片为PL2302HX芯片，但本发明不限于本芯片，也可以是其它相同功能的芯片，例如PL2303HX芯片等。电脑的Windows操作系统安装相应的芯片驱动程序，所述USB程序下载电路092不需要串口线就能从电脑上下载程序到单片机021中进行调试，这样就可以不受单片机与电脑距离等的限制，方便快捷的下载程序。

作为一个实施例，如图3所示，所述第一晶振电路022包括晶振Y1、电容C4、电容C5，所述晶振Y1两端分别与所述单片机021的XTAL0和XTAL1相连，同时所述晶振Y1两端分别通过电容接地。所述第一晶振电路022包含的电容数量不限定，还可以为其它数量，例如3个、4个等。所述晶振电路022结合所述单片机021内部电路产生单片机021所需的时钟频率，所述晶振电路022提供的时钟频率越高，单片机021运行速度越快。单片机021的一切指令的执行都是建立在所述晶振电路022提供的时钟频率，其中一个系统公用一个晶振电路022，便于各部分电路保持同步。

所述复位电路023在复位过程中，控制CPU的复位状态，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。89系列单片机，如本发明中所用STC89C52RD单片机，复位信号是从单片机021RESET端输入到芯片内的施密特触发器中。当系统处于正常工作状态时，且单片机振荡器稳定后，如果RESET端有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。

作为一个实施例，所述复位电路023包括手动复位电路和上电复位电路，也可以只包含其中任意一个复位电路。如图3所示，手动复位电路是在RESET端和VCC之间接一个手动按钮S13。当按下手动按钮S13时，则VCC的电压就会直接加在RESET端，由于人的动作再快也会使手动按钮S13保持接通达数十毫秒，所以完全能够满足复位的时间要求。上电复位电路是在RESET端接电容C3至VCC，另接一个电阻R26到地。在加电时，上电复位电路通过电容C3加给RESET端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容C3的充电过程而逐渐回落，即RESET端的高电平持续时间取决于电容C3的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RESET端的高电平信号必须维持足够长的时间。

作为一个实施例，所述中断信号电路030，如图3所示，包括与单片机021P32端连接的手动按钮S14、与P33端连接的手动按钮S15。所述中断信号电路030合用所述复位电路023，作为外部中断0和外部中断1的信号源，用于中断应用等实训项目。

作为一个实施例，所述蜂鸣器电路040，如图4所示，包括无源蜂鸣器Speaker、三极管Q9、电阻R25。其中电阻的数量和三极管的型号不受图4限制，可以为其它数量的电阻或其它型号的三极管。所述无源蜂鸣器引脚1与VCC连接，引脚2与所述三极管Q9发射极相连。所述三极管Q9集电极接地，基极通过电阻R25与单片机021串行输入端(RXD)相连。当ISP(In-System Programming)程序下载或者单片机通讯时，提供蜂鸣声提示。同时，对该蜂鸣器引脚编程，能开展电子音乐类的项目训练。

作为一个实施例，如图5所示，所述第一驱动电路061包括与单片机021P1(P10-P17)口连接的R1-R8，所述第二驱动电路包括与P0(P00-P07)口连接的R9-R16。其中所述第一驱动电路061包含的电阻数量可以根据要连接的七段码显示电路050LED码段数确定，所述第二驱动电路062包含的电阻数量可以根据要连接的点阵LED行数和列数确定，不受图5的限制。所述第一驱动电路061保证七段码显示电路050的显示亮度，所述第二驱动电路062保证点阵LED显示电路080的显示亮度。

作为一个实施例，所述七段码显示电路050，如图6所示，包括4位LED七段数码管DS1、晶体三极管Q1-Q8。其中LED七段数码管还可以为其它数量，例如6个等。晶体三极管Q1-Q8的发射极与VCC相连，基极通过驱动电路060与单片机021P1口相连，P1口经过晶体三极管Q1-Q8的驱动放大后，连接4位LED七段数码管DS1的字型码接点。一并参阅图5，单片机021的P20通过电阻R24、P21通过电阻R23、P22通过电阻R22、P23通过电阻R21与4位LED七段数码管DS1的位选码连接。其中七段数码管为其它数量时，相应的与位选码连接的P2口数量也发生变化，同时要连接的端口不限制于P20-P2端，也可以为P2口的其它端口。这样就能进行单片机的静态和动态数码显示等实训项目。

作为一个实施例，所述键盘电路070，如图7所示，包含4行3列的12个手动按钮S1-S12、电阻R28、R29、R30。其中手动按钮也可以为其它数量，例如2行1列等，同时与相应的单片机连接端口数量也相应发生变化。一并参阅图5，单片机021的P24端经过电阻R20、P25端经过电阻R19、P26端经过电阻R18提供所述键盘电路070的列扫描信号，单片机021的T0端、T1端、P36端、P37端提供所述键盘电路070的行扫描信号，可以编程实现键盘的输入处理等实训项目。

作为一个实施例，所述点阵LED显示电路080，如图5所示，包括锁存器和8*8点阵LED显示器，本发明所用锁存器为74HC573锁存器，也可以为其它型号的锁存器。点阵LED显示器也可以为其它数量，例如4*4等，相应的第二驱动电路062的电阻数量和连接的P0口数量也发生改变。所述单片机021P0口经驱动电路062的200欧限流电阻后，连接74HC573锁存器和8*8点阵LED显示器。所述单片机021的P27端作为锁存器的控制信号，分时从P0口输出8*8点阵LED显示器的行信号和列信号。所述点阵LED显示电路080用于复杂字符的输出显示程序设计与调试。

作为一个实施例，所述单片机实训板还可以包括与所述单片机021串行输入端、串行输出端相连的RS232程序下载电路091。如图8所示，所述RS232程序下载电路091包括电平转换芯片U2、9针串行接口J5等。本发明中电平转换芯片为MAX232CPE，也可以为其他等同功能芯片。所述电平转换芯片MAX232CPE的T1IN端与所述单片机021的P31端相连，所述电平转换芯片MAX232CPE的R1OUT端与所述单片机021的P30端相连。所述RS232程序下载电路将用串口线从电脑接收的数据转换成RS232格式的数据，通过单片机021的串行输出端传送到所述单片机021；所述单片机021的数据通过所述单片机021串行输入端传输给所述RS232程序下载电路，RS232程序下载电路将数据转换成USB格式数据，通过串口线传输给电脑。电脑的Windows操作系统无需安装额外的芯片驱动程序，在单片机与电脑距离较近时，下载程序比较方便。

作为一个实施例，单片机教学实训板还可以包括与所述单片机P1口相连的电源电路010。如图9所示，所述电源电路010包括USB接口、电阻R31、二极管LED0、开关S16，所述USB接口的电源端通过开关S16与电源VCC相连；所述二极管LED0正极与所述USB接口电源端相连，负极通过所述电阻R31接地。所述USB接口与电脑连接时，所述开关R31闭合，所述二极管LED0发光，所述USB接口通过P1口将电源传输给所述单片机021，提供系统所需的电源。所述USB接口也可以提供程序下载的数据线信号。所述LED0在电源接通时发光，提供电源指示功能。

作为一个实施例，所述外围功能电路还可以包括与所述单片机021电源电压端相连的电源抗干扰电路100。如图10所示，所述电源抗干扰电路100包括并联的第四电容C1、第五电容C2，所述C1或C2一端接地，另一端连接电源。所述电源抗干扰电路100通过电容的充放电功能，防止电源电压的瞬时波动。

作为一个实施例，所述外围功能电路还可以包括与所述单片机021P2口相连的LED彩灯电路110。如图5所示，所述LED彩灯电路110包括与所述单片机021P2口连接的限流电阻R17-R24、与所述限流电阻R17-R24相连接的第一插孔座J3、与电源VCC连接的第二插孔座J4。所述单片机021P2口通过200欧电阻R17-R24后，连接至插孔座J3，另一插孔座J4连接VCC，提供5V电源。利用这一开放的P2插孔，可以随意设计单片机输入或者输出程序。例如，如图1，在插孔里面插接红绿LED发光二极管，就能进行交通灯、走马灯、流水灯等输出程序的设计和调试；如果在插孔里面插接连接线，可以连接外部按钮或者传感器等输入原件，进行输入程序的设计和调试；同时，利用本插孔，还可以进行输入输出混用的程序设计调试。初学者可以先用LED彩灯电路110进行基本的单片机知识学习，然后拔出LED彩灯，进行后续的深入学习，这种循序渐进的学习方式利于初学者尽快掌握单片机的使用等。

当所述P2口不作为上述通用的I/O输入输出接口使用时，其P20-P23端可以提供4位七段数码管位选码地址；其P24-P26端可以提供键盘电路070的列扫描信号；其P27端可以提供所述74HC573锁存器的锁存信号，这样就巧妙分配利用了P20-P27端口。

在一个具体实施例中，单片机教学实训板还可以包括与所述单片机021端口连接的扩展插座。如图2所示，所述单片机021的引脚1-20引出扩展插座J1，引脚21-40引出扩展插座J2，方便进行单片机简单的扩展应用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种单片机教学实训板，其特征在于，所述单片机教学实训板开放，包括单片机最小系统及外围功能电路，所述单片机最小系统包括单片机、第一晶振电路、复位电路，所述外围功能电路包括中断信号电路、蜂鸣器电路、七段码显示电路、第一驱动电路、第二驱动电路、键盘电路、点阵LED显示电路、USB程序下载电路；所述外围功能电路还包括与所述单片机P2口连接的限流电阻、与所述限流电阻相连接的第一插孔座、与电源连接的第二插孔座；

所述第一晶振电路两端分别与所述单片机的振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端、振荡器反相放大器的输入端相连；所述复位电路与所述单片机复位输入端相连；所述中断信号电路与所述单片机的外部中断0端、外部中断1端相连；所述蜂鸣器电路与所述单片机的串行输入端相连；所述第一驱动电路与所述单片机P1口相连；所述七段码显示电路一端通过所述第一驱动电路与所述单片机P1口相连，另一端通过限流电阻与所述单片机的P20-P23端相连；所述第二驱动电路与所述单片机的P0口相连；所述键盘电路一端与所述单片机的P24-P26端相连，另一端与所述单片机的定时器0的外部输入端、定时器1的外部输入端、外部数据存储器写选通端、外部数据存储器读选通端相连；所述点阵LED显示电路通过所述第二驱动电路与所述单片机P0口相连；

所述USB程序下载电路包括USB转UART芯片、第二晶振电路、第一电容、第二电容、第三电容，所述USB转UART芯片的串行输出端与所述单片机的串行输入端相连，串行输入端与所述单片机的串行输出端相连；所述第二晶振电路一端与所述USB转UART芯片的晶体振荡器输入端相连、另一端与所述USB转UART芯片的晶体振荡器输出端相连；所述第一电容一端与所述USB转UART芯片的USB收发器的3.3V电源端相连，另一端接地；所述第二电容、第三电容并联，一端与VCC相连，另一端接地；

所述USB转UART芯片将从电脑接收的数据转换成RS232格式的数据，通过单片机的串行输出端传送到所述单片机；所述单片机的数据通过所述单片机的串行输入端传输给所述USB转UART芯片，所述USB转UART芯片将数据转换成USB格式数据，传输给电脑。

2.根据权利要求1所述的单片机教学实训板，其特征在于，还包括与所述单片机串行输入端、串行输出端相连的RS232程序下载电路，所述RS232程序下载电路将用串口线从电脑接收的数据转换成RS232格式的数据，通过单片机的串行输出端传送到所述单片机；所述单片机的数据通过所述单片机的串行输入端传输给所述RS232程序下载电路，RS232程序下载电路将数据转换成USB格式数据，通过串口线传输给电脑。

3.根据权利要求1所述的单片机教学实训板，其特征在于，还包括与所述单片机P1口相连的电源电路。

4.根据权利要求3所述的单片机教学实训板，其特征在于，所述电源电路包括USB接口、电阻、二极管、开关，所述USB接口的电源端通过开关与电源相连；所述二极管正极与所述USB接口电源端相连，负极通过所述电阻接地，所述USB接口与电脑连接时，所述开关闭合，所述二极管发光，所述USB接口通过P1口将电源传输给所述单片机。

5.根据权利要求1所述的单片机教学实训板，其特征在于，所述外围功能电路还包括与所述单片机电源电压端相连的电源抗干扰电路，所述电源抗干扰电路包括并联的第四电容、第五电容，所述第四电容和第五电容一端接地，另一端连接电源。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的单片机教学实训板，其特征在于，还包括与所述单片机端口连接的扩展插座。