CN103886793A

CN103886793A - 全插件可互换型单片机开发板

Info

Publication number: CN103886793A
Application number: CN201410101912.8A
Authority: CN
Inventors: 刘安勇; 王亚奎; 章洋
Original assignee: ANHUI FUXUN INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ANHUI FUXUN INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明提供一种全插件可互换型单片机开发板，所述开发板板载器件设计为插件形式，该板载器件包括兼容引脚MCU以及基础实验器件，所述兼容引脚MCU可直接插入开发板，非兼容的MCU使用核心板，并通过开发板扩展插座接入，所述开发板上设置有可更换晶体振荡电路，该晶体振荡电路的输出端与MCU的晶振引脚连接。本发明的单片机开发板能让学生在课本学习基础上，提高锻炼焊接、调试、理解的能力，满足不同高校使用不同单片机教材的要求。

Description

全插件可互换型单片机开发板

技术领域

本发明涉及一种单片机实验开发板，具体是一种全插件并且可互换型的单片机实验开发板。

背景技术

目前市面上的单片机开发板种类比较多，主要分三种，第一种是板载器件采用贴片形式，支持单片机互换功能，不支持彩屏，这种形式的开发板一般是产品形式提供，无法锻炼到焊接技能，也无法了解新型显示器件的原理与操作。第二种是板载器件采用贴片，不支持单片机互换，这种形式开发板，无法锻炼焊接同时只能对单一单片机了解，局限性明显。第三种是板载器件采用插件形式，不支持单片机互换和TFT彩屏，这种类型开发板可以做到自行焊接，但功能过于单一，不利于知识的拓展。

发明内容

本发明提供一种针对高校的教学实训要求，方便学生焊接和调试，提供多种类型显示接口，能多种类型单片机互换的单片机开发板。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种全插件可互换型单片机开发板，所述开发板板载器件设计为插件形式，该板载器件包括兼容引脚MCU以及基础实验器件，所述兼容引脚MCU可直接插入开发板，非兼容的MCU使用核心板，并通过开发板扩展插座接入，所述开发板上设置有可更换晶体振荡电路，该晶体振荡电路的输出端与MCU的晶振引脚连接。

本开发板是面向本科院校和高职高专院校的电子、自动化、机电一体化等工科专业的学生，作为其教学实训、计算机原理、单片机、C语言编程等教学使用。要求能够做到焊接、编程、调试、掌握。为满足这些要求，首先单片机开发板板载器件需要设计为插件形式，学生拿到盖开发板散件后，可以锻炼焊接技术，即使是初次使用烙铁也不会焊坏焊盘和电路板。可以一次只焊单一功能，方便调试，利于理解。为了更多的兼容不同的单片机，本开发板在PCB布板上进行了精心设计，一是支持传统的89C51\89S51单片机引脚顺序，与传统单片机兼容的新型、增强型单片机都可直接接入系统，比如STC12系列增强型单片机，AVR的Atmega8515、Atmega162等单片机。二是为了能接入更多的MCU，比如PIC\ARM\430，本发明将MCU通过核心板安装在开发板上，该核心板预留有扩展插孔，可以通过制作核心板，能接入其它引脚不能直接兼容的MCU，方便学习和扩展。很多增强型单片机可以在更快的时钟频率下运行，为了获取更好的性能，本开发板将单片机晶振设计成可更换。

所述兼容引脚MCU为40脚DIP封装的51单片机、AVR单片机或STC增强型单片机。开发板设计成兼容51、AVR、STC等单片机，使用任一款单片机，都能够实现开发板的所有功能，可以实现多种单片机之间的互换，一者满足不同高校使用不同单片机教材的要求，二者满足扩大学生视野，广泛了解之目的。

所述可更换晶体振荡电路与MCU之间设置拨动开关，该拨动开关能将MCU的晶振引脚引到MCU普通IO口。对于内部自带晶振的单片机，可以不用外接晶振，可以通过拨动开关将晶振引脚引到普通IO口，去除了外部晶振，增加单片机的IO口数量。

进一步地，所述开发板包括用于下载单片机固件程序的USB接口和串口，该串口通过转换芯片与MCU输入端口连接，该转换芯片采用电源适配器供电，USB接口通过USB接口芯片与MCU输入端口连接，所述电源适配器与USB接口芯片之间设有用于反向切断电源适配器对USB芯片供电的二极管。采用上述设计的单片机开发板可以使用串口或USB口下载单片机固件程序，当使用串口下载程序时，可以使用电源适配器供电，为了使用串口下载不受到USB的TXD/RXD信号引脚的影响，设计中使用IN4148二极管，反向切断电源适配器对USB芯片的供电，使得USB芯片不工作。

当使用USB下载时，不需要使用电源适配器，为了实现下载，需要对单片机进行冷启动，而当USB芯片掉电，计算机会识别成USB设备故障，造成下载中断。为了解决上述问题，需在电源适配器的电源信号输出端设有电源开关，该电源开关给MCU断电，但不切断USB芯片电源，实现单片机固件程序的下载。

进一步地，所述基础实验器件包括矩阵键盘、独立键盘、RTC时钟、蜂鸣器、流水灯、七段数码管、红外接收模块、热敏电阻、光敏电阻、电机驱动电路、温度传感器、继电器以及显示接口。通过连接基础实验器件来实现多种实验功能，锻炼学生操作单片机GPIO口、UART口、SPI、IIC、AD\DA、RTC、Timer、中断等功能和使用，锻炼学生对电机驱动、TFT彩屏、键盘扫描、光敏电阻、热敏电阻、继电器的原理及应用的掌握。

优选地，所述开发板扩展插座为2.54mm间距的20*2插孔。

由以上技术方案可知，本发明的单片机开发板能让学生在课本学习基础上，提高锻炼焊接、调试、理解的能力，满足不同高校使用不同单片机教材的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中核心板和开发板扩展插座的引脚示意图；

图3为本发明晶体振荡电路的电路原理图；

图4为本发明供电与下载口设计原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

本发明提供一种全插件可互换型单片机开发板，开发板板载器件设计为插件形式，该板载器件包括具有兼容引脚的MCU以及基础实验器件。

具有兼容引脚的MCU可以在40脚DIP封装的51单片机、AVR单片机和STC增强型单片机之间任意互换。为了更多的兼容不同的单片机，本开发板在PCB布板上进行了精心设计，一是支持传统的89C51\89S51单片机引脚顺序，与传统单片机兼容的新型、增强型单片机都可直接接入系统，比如STC12系列增强型单片机，AVR的Atmega8515、Atmega162等单片机，二是为了能接入更多的MCU，比如PIC\ARM\430，本开发板预留了2.54mm间距的20*2插孔作为扩展插座，可以通过制作核心板，采用跳线实现不同引脚的供电，通过晶振互换满足单片机的晶振要求，能接入其它引脚不能直接兼容的MCU，方便学习和扩展。如图2所示，MCU通过核心板设置在开发板上，开发板上设置的扩展插座为2.54mm间距的20*2插孔。

如图1所示，基础实验器件包括矩阵键盘、独立键盘、RTC时钟、蜂鸣器、流水灯、七段数码管、红外接收模块、热敏电阻、光敏电阻、电机驱动电路、继电器、温度传感器以及显示接口。其中矩阵键盘为4*4共16键的键盘，独立键盘为4位，按键选择6*6*5微动DIP封装按键； RTC时钟选用DS1302，板载电池座供电；蜂鸣器通过三极管与单片机连接，流水灯使用?3绿色发光二极管，0.5英寸的6位七段数码管,使用74HC573驱动；红外接收模块用于接收红外遥控设备信号，并将红外信号传送至MCU中；电阻使用碳膜色环电阻，光敏电阻使用5549直插型，热敏电阻使用NTC47D-15直插型，所述光敏电阻和热敏电阻通过AD芯片PCF8591与MCU连接；电机驱动使用ULN2003 DIP封装,用于连接步进电机或直流电机，继电器为5V驱动，触点容量为10A的5脚继电器；显示接口支持2.54mm间距单排母座，包括单排插座形式的LCD1602、LCD12864接口以及SPI并行接口，并行接口可以支持TFT触摸彩屏。

如图3所示，开发板上设置有可更换晶体振荡电路，该晶体振荡电路的输出端与MCU的晶振引脚连接，可更换晶体振荡电路与MCU之间设置有拨动开关，该拨动开关能将MCU的晶振引脚XTAL1和XTAL2引到普通IO口，增加MCU的IO口数量。

如图4所示，开发板提供用于下载单片机固件程序的USB接口和串口，并采用5V电源供电，该串口通过RS232转换芯片与MCU输入端口连接，RS232转换芯片采用电源适配器供电，电源适配器的电源信号输出端设有电源开关。USB接口通过USB接口芯片与MCU输入端口连接，所述电源适配器与USB接口芯片之间设有用于反向切断电源适配器对USB芯片供电的二极管，优选地，该二极管选用IN4148。

AD/DA芯片、单片机芯片、RS232转换芯片以及电机驱动芯片使用DIP封装，板焊时使用芯片底座。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种全插件可互换型单片机开发板，所述开发板板载器件设计为插件形式，该板载器件包括兼容引脚MCU以及基础实验器件，其特征在于，所述兼容引脚MCU可直接插入开发板，非兼容的MCU使用核心板，并通过开发板扩展插座接入，所述开发板上设置有可更换晶体振荡电路，该晶体振荡电路的输出端与MCU的晶振引脚连接。

2.根据权利要求1所述的单片机开发板，其特征在于，所述兼容引脚MCU为40脚DIP封装的51单片机、AVR单片机或STC增强型单片机。

3.根据权利要求1所述的单片机开发板，其特征在于，所述可更换晶体振荡电路与MCU之间设置拨动开关，该拨动开关能将MCU的晶振引脚引到普通IO口。

4.根据权利要求1所述的单片机开发板，其特征在于，所述开发板包括用于下载单片机固件程序的USB接口和串口，该串口通过转换芯片与MCU输入端口连接，该转换芯片采用电源适配器供电，USB接口通过USB接口芯片与MCU输入端口连接。

5.根据权利要求4所述的单片机开发板，其特征在于，所述电源适配器与USB接口芯片之间设有用于反向切断电源适配器对USB芯片供电的二极管。

6.根据权利要求4所述的单片机开发板，其特征在于，所述电源适配器的电源信号输出端设有电源开关。

7.根据权利要求1所述的单片机开发板，其特征在于，所述基础实验器件包括矩阵键盘、独立键盘、RTC时钟、蜂鸣器、流水灯、七段数码管、红外接收模块、热敏电阻、光敏电阻、电机驱动电路、温度传感器、继电器以及显示接口。

8.根据权利要求1所述的单片机开发板，其特征在于，所述开发板扩展插座为2.54mm间距的20*2插孔。