CN104575206B - 多核心单片机开发实验箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多核心单片机开发实验箱，包括箱体和实验箱上盖，所述实验箱上盖通过固定扣与箱体连接，所述箱体后部设置有主电源接口、总电源开关、总电源保险、串行接口和USB接口，所述箱体内设置有将市电转换为直流电压的电源电路、电平转换电路、电源连接端、实验电路模块、开发应用模块、电平转换开关、单片机核心板安装接口和单片机核心板。采用模块化设计，降低了电路之间的相互干扰，同时可根据实验和开发的实际情况对电路模块进行扩展或裁减，达到了克服现有单片机实验箱电路固定的缺陷。

Description

多核心单片机开发实验箱

技术领域

本发明涉及教学实验设备领域，具体地，涉及一种多核心单片机开发实验箱。

背景技术

电子技术发展日新月异，相关的教学滞后却客观存在。现有单片机实验箱均为只能使用一种单片机芯片且功能单一的实验箱。实验箱内部的连线已被固定，电路结构无法变化，导致用户无法根据自己需要来设计完成实验，只能完成一些固定实验项目，极大地限制了实验项目数量，难于适应多种需求的开发设计。多数单片机实验箱的结构主要是整块PCB板的形式，实验电路固定,实验箱升级麻烦, 代价大；灵活性和扩展性差, 不利于学生综合实验能力和创新意识的培养。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种多核心单片机开发实验箱，以实现克服现有单片机实验箱电路固定的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多核心单片机开发实验箱，包括箱体和实验箱上盖，所述实验箱上盖通过固定扣与箱体连接，所述箱体后部设置有主电源接口、总电源开关、总电源保险、串行接口和USB接口，所述箱体内设置有将市电转换为直流电压的电源电路、电平转换电路、电源连接端、实验电路模块、开发应用模块、电平转换开关、单片机核心板安装接口和单片机核心板，所述电源电路的输出端通过电源连接端为电平转换电路、实验电路模块、开发应用模块和单片机核心板提供直流电源，所述电平转换开关控制电平转换电路电压，所述电平转换电路用于单片机核心板与实验电路模块、开发应用模块连接时的电平匹配，所述单片机核心板安装接口与单片机核心板连接，所述单片机核心板安装接口负责单片机核心板和实验电路模块之间的信号联通；所述主电源接口与电源电路连接，所述总电源开关和总电源保险连接在主电源接口与电源电路之间，所述电源电路、电平转换电路、电源连接端、实验电路模块和开发应用模块设置在不同的PCB上。

优选的，还包括配件放置槽，所述配件放置槽设置在箱体内。

优选的，所述实验电路模块至少包括LED指示电路、LED点阵电路、数码管显示电路、字符液晶显示电路、点阵液晶显示电路、蜂鸣器报警电路、矩阵键盘电路、独立按键、继电器驱动电路、电机驱动电路、A/D转换电路、D/A转换电路、串行接口电路、I2C存储电路和温度传感电路。

优选的，所述开发应用模块至少包括，GSM单元、Wi-Fi单元、TFT液晶单元、振动检测单元、三轴重力加速度单元、气体检测单元、气压检测单元、火焰检测单元和光电检测单元。

优选的，所述电平转换电路由光耦构成。

优选的，所述电平转换电路由48个光耦并联构成。

优选的，所述电源电路将市电转换为多种不同直流电压，所述电源连接端由自定义插针组成，实现直流电压的输出，所述实验电路模块由单片机基本实验要求的各个单元电路组成，共同构成一块PCB电路，所述开发应用模块设计成独立的PCB电路，根据开发需求选择使用，所述电平转换电路由光耦构成，实现不同电平间的转换，所述电平转换开关完成不同电平的切换，辅助电平转换电路完成电平的转换，所述单片机核心板安装接口根据实验和开发的不同更换单片机核心板时，保证单片机核心板与实验箱内实验电路模块电信号联通的电路结构，所述单片机核心板以不同系列的单片机为核心，根据单片机工作的最小系统条件进行设计，单片机端口外接结构统一，便于不同系列的单片机通过单片机核心板安装接口与实验箱实验电路连接，所述箱体内设置连接导线、单片机程序下载线和配件放置槽，所述连接导线在电路实验时用于连接实验电路模块、开发应用模块、单片机核心板和电平转换电路，所述连接导线不使用时放置在配件放置槽内，所述单片机程序下载线用于实验时对不同单片机核心板的单片下载程序，所述单片机程序下载线不使用时放置在配件放置槽内，所述配件放置槽用于盛放不使用时的电源线、开发应用模块、单片机核心板、连接导线和单片机程序下载线。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，设计单片机核心板安装接口用于安装不同的单片机核心板，电平转换电路为不同单片机共用实验电路模块进行实验提供电源，解决了现有单片机实验箱支持一种单片机，且不具有开发应用功能的问题。实验箱电路结构采用模块化设计，降低了电路之间的相互干扰，同时可根据实验和开发的实际情况对电路模块进行扩展或裁减，达到了克服现有单片机实验箱电路固定的缺陷。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的多核心单片机开发实验箱的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的多核心单片机开发实验箱后部的结构示意图；

图3a至图3h为本发明实施例所述的不同单片机核心板的电子电路图；

图4为本发明实施例所述的电平转换电路以及电平转换开关的电子电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种多核心单片机开发实验箱，包括箱体和实验箱上盖，实验箱上盖通过固定扣与箱体连接，箱体后部设置有主电源接口、总电源开关、总电源保险、串行接口和USB接口，箱体内设置有将市电转换为直流电压的电源电路、电平转换电路、电源连接端、实验电路模块、开发应用模块、电平转换开关、单片机核心板安装接口和单片机核心板，电源电路的输出端通过电源连接端为电平转换电路、实验电路模块、开发应用模块和单片机核心板提供直流电源，电平转换开关控制电平转换电路电压，电平转换电路用于单片机核心板与实验电路模块、开发应用模块连接时的电平匹配，单片机核心板安装接口与单片机核心板连接，单片机核心板安装接口负责单片机核心板和实验电路模块之间的信号联通；主电源接口与电源电路连接，总电源开关和总电源保险连接在主电源接口与电源电路之间，电源电路、电平转换电路、电源连接端、实验电路模块和开发应用模块设置在不同的PCB上。

优选的，还包括配件放置槽，配件放置槽设置在箱体内。

优选的，实验电路模块至少包括LED指示电路、LED点阵电路、数码管显示电路、字符液晶显示电路、点阵液晶显示电路、蜂鸣器报警电路、矩阵键盘电路、独立按键、继电器驱动电路、电机驱动电路、A/D转换电路、D/A转换电路、串行接口电路、I2C存储电路和温度传感电路。

优选的，开发应用模块至少包括，GSM单元、Wi-Fi单元、TFT液晶单元、振动检测单元、三轴重力加速度单元、气体检测单元、气压检测单元、火焰检测单元和光电检测单元。

优选的，电平转换电路由光耦构成。

优选的，如图4所示，电平转换电路由48个光耦并联构成。

优选的，电源电路将市电转换为多种不同直流电压，电源连接端由自定义插针组成，实现直流电压的输出，实验电路模块由单片机基本实验要求的各个单元电路组成，共同构成一块PCB电路，开发应用模块设计成独立的PCB电路，根据开发需求选择使用，电平转换电路由光耦构成，实现不同电平间的转换，电平转换开关完成不同电平的切换，辅助电平转换电路完成电平的转换，单片机核心板安装接口根据实验和开发的不同更换单片机核心板时，保证单片机核心板与实验箱内实验电路模块电信号联通的电路结构，单片机核心板以不同系列的单片机为核心，根据单片机工作的最小系统条件进行设计，单片机端口外接结构统一，便于不同系列的单片机通过单片机核心板安装接口与实验箱实验电路连接，箱体内设置连接导线、单片机程序下载线和配件放置槽，连接导线在电路实验时用于连接实验电路模块、开发应用模块、单片机核心板和电平转换电路，连接导线不使用时放置在配件放置槽内，单片机程序下载线用于实验时对不同单片机核心板的单片下载程序，单片机程序下载线不使用时放置在配件放置槽内，配件放置槽用于盛放不使用时的电源线、开发应用模块、单片机核心板、连接导线和单片机程序下载线。

如图1所示，多核心单片机开发实验箱，包括箱体，如图2所示，箱体后部有主电源接口，总电源开关，总电源保险，串行接口，USB接口，箱体内有电源电路，总电源开关控制整个实验箱电路的工作，电源电路完成市电向多种不同直流电压的转换工作，电源连接端由自定义插针组成，实现直流电压向各电路模块的输出，箱体内有实验电路模块和开发应用模块，实验电路模块由单片机基本实验要求的各个单元电路组成，共同构成一块PCB电路，开发应用模块设计成独立的PCB电路，可根据开发需求选择使用，箱体内有电平转换电路和电平转换开关，电平转换电路由光耦构成，实现不同电平间的转换，电平转换开关可以完成不同电平的切换，辅助电平转换电路完成电平的转换，箱体内有单片机核心板安装接口和单片机核心板，单片机核心板安装接口是根据实验和开发的不同更换单片机核心板时，保证单片机核心板与实验箱内实验电路模块电信号联通的电路结构，单片机核心板以不同厂家系列的单片机为核心，根据单片机工作的最小系统条件进行设计，单片机端口外接结构统一，便于通过单片机核心板安装接口与实验箱实验电路连接，箱体内有连接导线、单片机程序下载线和配件放置槽，连接导线在电路实验时用于连接实验电路模块，开发应用模块和单片机核心板与实验箱连接转换后的电平转换电路，不使用时放置在配件放置槽内，单片机程序下载线用于实验时对不同单片机核心板的单片下载程序，根据单片机的不同下载线有多个，不使用时放置在配件放置槽内，配件放置槽用于盛放不使用时的电源线，开发应用模块，单片机核心板，连接导线，单片机程序下载线，实验箱上盖安装到实验箱上盖固定扣2，并通过实验箱卡锁封闭实验箱，实验箱提手1方便用于实验箱的搬运。

工作时将主电源接口的连线与市电插座连接，之后实验者将所选用的单片机核心板安装到单片机核心板安装接口，并按照实验原理将单片机核心板与实验电路模块间的连线连接好，同时连接实验电路模块的电源至电源连接端，根据所选单片机核心板位置与实验模块将电平转换开关拨至适当位置，连接配套单片机核心板的单片机程序下载线，先给单机核心板上的单片机下载实验程序，完成后打开总电源开关，可观察调试实验结果。

电平转换开关拨到不同位置，电平转换电路就可以在不改变实验电路模块的情况下兼容不同单片机完成单片机实验和开发。

单片机核心板是根据不同类型单片机最小系统工作要求设计的，其与多核心单片机开发实验箱内的实验电路模块通过统一的单片机核心板安装接口连接。

主电源接口通过电源线接通市电供给实验箱电能，能提供多种直流电压供实验电路模块工作，并预留接口可为扩展电路模块供电。总电源开关，电源连接端。

总电源开关控制整个实验箱的电源供给，打开总电源开关电源连接端就输出多种电压供实验电路工作。

电平转换电路由多组光电耦合器构成，通过光耦合器供给电压的不同完成不同电平的电气隔离转换。

单片机程序下载线独立位于实验箱之外，下载程序时与单片机核心板直接连接，并根据不同单片机类型进行更换。

配件放置槽用于放置不使用的开发应用模块、单片机核心板、连接导线和单片机程序下载线。

使用本技术方案的实验箱时，将主电源接口的连线与市电插座连接，之后实验者将所选用的单片机核心板安装到单片机核心板安装接口，并按照实验原理将单片机核心板与实验电路模块间的连线连接好，同时连接实验电路模块的电源至电源连接端，根据所选单片机核心板位置与实验模块将电平转换开关拨至适当位置，连接配套单片机核心板的单片机程序下载线，先给单机核心板上的单片机下载实验程序，完成后打开总电源开关，可观察调试实验结果。

综上，本发明技术方案，兼容了不同类型单片机在同一实验箱内实验，为单片机学习者提供了由简到繁，由易到难的学习平台，设计采用控制核心更换而外围电路不变的理念，从而节省生产成本，为社会节约资源。

改变现有实验箱将小规模通用集成电路与各种单元电路拼凑在一块大印刷电路板上构成整体的模式。多核心单片机开发实验箱采用ISP（In-System Programming）在系统可编程技术，电平转换技术，兼容多种类型单片机，简化实验箱的硬件设计，降低成本，提高可靠性以及系统的灵活性和开放性，在无需改动印制电路板，且在不取下器件的情况下，直接在芯片上对系统设计进行修改和编程，并可根据实验和开发的要求更换控制核心单片机，在保证了实验箱硬件功能的同时还可以随时进行重构或升级。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多核心单片机开发实验箱，其特征在于，包括箱体和实验箱上盖，所述实验箱上盖通过固定扣与箱体连接，所述箱体后部设置有主电源接口、总电源开关、总电源保险、串行接口和USB接口，所述箱体内设置有将市电转换为直流电压的电源电路、电平转换电路、电源连接端、实验电路模块、开发应用模块、电平转换开关、单片机核心板安装接口和单片机核心板，所述电源电路的输出端通过电源连接端为电平转换电路、实验电路模块、开发应用模块和单片机核心板提供直流电源，所述电平转换开关控制电平转换电路电压，所述电平转换电路用于单片机核心板与实验电路模块、开发应用模块连接时的电平匹配，所述单片机核心板安装接口与单片机核心板连接，所述单片机核心板安装接口负责单片机核心板和实验电路模块之间的信号联通；所述主电源接口与电源电路连接，所述总电源开关和总电源保险连接在主电源接口与电源电路之间，所述电源电路、电平转换电路、电源连接端、实验电路模块和开发应用模块设置在不同的PCB上；

还包括配件放置槽，所述配件放置槽设置在箱体内；

所述实验电路模块至少包括LED指示电路、LED点阵电路、数码管显示电路、字符液晶显示电路、点阵液晶显示电路、蜂鸣器报警电路、矩阵键盘电路、独立按键、继电器驱动电路、电机驱动电路、A/D转换电路、D/A转换电路、串行接口电路、I2C存储电路和温度传感电路；

设计单片机核心板安装接口用于安装不同的单片机核心板，电平转换电路为不同单片机共用实验电路模块进行实验提供电源，解决了现有单片机实验箱支持一种单片机，且不具有开发应用功能的问题；实验箱电路结构采用模块化设计，降低了电路之间的相互干扰，同时可根据实验和开发的实际情况对电路模块进行扩展或裁减，达到了克服现有单片机实验箱电路固定的缺陷。

2.根据权利要求1所述的多核心单片机开发实验箱，其特征在于，所述开发应用模块至少包括，GSM单元、Wi-Fi单元、TFT液晶单元、振动检测单元、三轴重力加速度单元、气体检测单元、气压检测单元、火焰检测单元和光电检测单元。

3.根据权利要求2所述的多核心单片机开发实验箱，其特征在于，所述电平转换电路由光耦构成。

4.根据权利要求3所述的多核心单片机开发实验箱，其特征在于，所述电平转换电路由48个光耦并联构成。

5.根据权利要求2所述的多核心单片机开发实验箱，其特征在于，所述电源电路将市电转换为多种不同直流电压，所述电源连接端由自定义插针组成，实现直流电压的输出，所述实验电路模块由单片机基本实验要求的各个单元电路组成，共同构成一块PCB电路，所述开发应用模块设计成独立的PCB电路，根据开发需求选择使用，所述电平转换电路由光耦构成，实现不同电平间的转换，所述电平转换开关完成不同电平的切换，辅助电平转换电路完成电平的转换，所述单片机核心板安装接口根据实验和开发的不同更换单片机核心板时，保证单片机核心板与实验箱内实验电路模块电信号联通的电路结构，所述单片机核心板以不同系列的单片机为核心，根据单片机工作的最小系统条件进行设计，单片机端口外接结构统一，便于不同系列的单片机通过单片机核心板安装接口与实验箱实验电路连接，所述箱体内设置连接导线、单片机程序下载线和配件放置槽，所述连接导线在电路实验时用于连接实验电路模块、开发应用模块、单片机核心板和电平转换电路，所述连接导线不使用时放置在配件放置槽内，所述单片机程序下载线用于实验时对不同单片机核心板的单片下载程序，所述单片机程序下载线不使用时放置在配件放置槽内，所述配件放置槽用于盛放不使用时的电源线、开发应用模块、单片机核心板、连接导线和单片机程序下载线。