CN105845003A - 模块化单片机实验箱 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子电路技术教学设备领域，提供了一种模块化单片机实验箱，包括箱体，箱体中安装有：功能模块、电源模块和若干连接线；箱体包括上盖和用于存储功能模块与连接线的底壳，上盖安装于底壳上，上盖中安装有用于可拆卸装配功能模块的操作板。通过设置底壳，将功能模块和连接线存储于底壳中，而通过设置操作板，要进行单片机实验教学，并演示需要的功能时，只需要将选用的功能模块从底壳中取出，再装配到操作板上，再使用连接线连接即可，连接简单方便，且选用的功能模块不会受到其他未选用功能模块的干扰；另外，当需要演示新的功能时，只需要加入新的功能模块即可，扩展方便，同时也方便各功能模块的维修。

Description

模块化单片机实验箱

技术领域

本发明属于电子电路技术教学设备领域，尤其涉及一种模块化单片机实验箱。

背景技术

单片机原理及应用是计算机、电子、通信和自动化等工程专业的基础课程，实验教学普遍为软件仿真(虚拟实验)与实物操作两种方式。

单片机实验教学设备主要有三种形式：实验台(架、柜)、实验(开发)板和实验箱。实验台(架、柜)主要是模拟实际应用环境，适合操作技能的实训教学。实验(开发)板主要用于单片机原理演示、验证和程序调试，经济方便，但实验内容简单，脱离单片机应用系统开发的实际工作过程。实验箱一般是在箱体中集成多功能模块，以实现不同的实验教学功能。

现有单片机实验箱一般集成多种功能模块，以更为全面的满足教学使用。现有单片机实验箱通常是将多种功能扩展模块相互隔离地固化在一层PCB板上或双层PCB板上，并在PCB板上焊接或者插接单片机，并将各功能扩展模块分别与单片机采用导线电性相连，连线烦杂。教学时，直接使用相应的功能模块。然而这种单片机实验箱，在选用某个功能模块时，其它未选用的功能模块会对实验操作产生干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化单片机实验箱，旨在解决现在单片机实验箱连线烦杂，各功能模块之间会相互干扰的问题。

本发明是这样实现的，一种模块化单片机实验箱，包括箱体，所述箱体中安装有：用于进行单片机实验的功能模块、用于为所述功能模块供电的电源模块和若干用于电性连接的连接线；所述箱体包括上盖和用于存储所述功能模块与所述连接线的底壳，所述上盖安装于所述底壳上，所述上盖中安装有用于可拆卸装配所述功能模块的操作板。

本发明通过设置底壳，将功能模块和连接线存储于底壳中，而通过设置操作板，要进行单片机实验教学，并演示需要的功能时，只需要将选用的功能模块从底壳中取出，再装配到操作板上，再使用连接线连接即可，连接简单方便，且选用的功能模块不会受到其他未选用的功能模块的干扰；另外，当需要演示新的功能时，只需要加入新的功能模块即可，扩展方便，同时也方便各功能模块的维修。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种模块化单片机实验箱的立体结构示意图；

图2是图1的模块化单片机实验箱中功能扩展模块的俯视结构示意图；

图3是图1的模块化单片机实验箱中功能扩展模块安装于操作板上的结构示意图；

图4是图1的模块化单片机实验箱中核心板的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-图4，本发明实施例提供的一种模块化单片机实验箱100，包括箱体10、功能模块、电源模块和若干连接线；箱体10用于容置和安装各功能模块、电源模块和若干连接线，以便保护这些功能模块与连接器件，同时也方便携带。功能模块用于进行单片机实验，以便进行各种单片机功能实验教学与演示。电源模块用于对功能模块供电。连接线用于电性连接。箱体10包括底壳12和上盖11，上盖11安装在底壳12上；底壳12主要用于存储功能模块与连接线，而上盖11中安装有操作板20，操作板20用于装配功能模块，以便在需要进行单片机实验教学相应功能时，可以直接从底壳12中取出选用的功能模块装配在操作板20上，再使用连接线将功能模块电性连接与组装，以便完成相应的实验教学；而在教学完后，可以拆卸连接线，再将功能模块从操作板20上拆卸，再存放于底壳12中。

通过设置底壳12，将功能模块和连接线存储于底壳12中，而通过设置操作板20，要进行单片机实验教学，并演示需要的功能时，只需要将选用的功能模块从底壳12中取出，再装配到操作板20上，再使用连接线连接即可，连接简单方便，且选用的功能模块不会受到其它未选用功能模块的干扰；另外，当需要演示新的功能时，只需要加入新的功能模块即可，扩展方便，同时也方便各功能模块的维修。

进一步地，可以将上盖11铰接在底壳12上。当不使用该模块化单片机实验箱100时，可以将上盖11盖在底壳12上；而需要使用模块化单片机实验箱100时，打开上盖11即在操作板20上可以装配相应功能模块。

请参阅图1、图2和图3，操作板20包括支撑板21，支撑板21上开设有若干插孔211。设置支撑板21，用于在装配功能模块时，可以支撑功能模块。具体为，将功能模块插装在插孔211中，从而将功能模块固定在支撑板21，进而方便使用连接线组装。

进一步地，若干插孔211矩形陈列分布于支撑板21上，以方便功能模块的设计布局。

进一步地，操作板20还包括用于配合支撑板21固定功能模块的加固板22，加固板22位于支撑板21靠近上盖11顶面的一侧。设置加固板22，当装配功能模块，将功能模块固定在支撑板21上时，可以通过加固板22保持功能模块稳定，以更好的支撑住功能模块。更进一步地，加固板22与支撑板21间隔设置。将加固板22与支撑板21间隔设置，可以更稳定的支撑住功能模块。

请一并参阅图1、图2和图3，功能模块包括核心板和功能扩展模块50；在使用时，可以将核心板固定在操作板20上，再将选用的功能扩展模块50也固定在操作板20上，然后使用连接线将功能扩展模块50与核心板电性相连，以形成特定的功能组合，以实现特定的单片机功能实验。

功能扩展模块50可以为一个或多个，也可以一种或多种。功能扩展模块50包括支撑底板51，而底板51上设有装配件52。当将功能扩展模块50固定在操作板20的支撑板21上时，可以将装配件52插装在支撑板21的插孔211中，从而将功能扩展模块50固定在支撑板21上。具体地，装配件52可以为支撑柱，以方便插装在支撑板21的插孔211中。更进一步地，加固板22可以为磁性板，而支撑柱可以为磁性柱，从而当装配件52插入对应的插孔211中时，可以被加固板22吸附，从而方便固定与支撑功能扩展模块50。

同理，核心板也包括上述底板51，而底板51上设置上述装配件52，以方便将核心板固定在操作板20上。

具体地，功能扩展模块50为存储器接口模块、功能扩展接口模块、接口芯片模块、数据转换模块、通信接口模块、输入输出模块、扩展输入输出模块及控制对象模块中的一种或多种。从而当不同的功能扩展模块50与核心板组装时，可以形成不同的功能组合，以实现不同的单片机功能实验。进一步地，可以将核心板和各种功能扩展模块50，如存储器接口模块、功能扩展接口模块、接口芯片模块、数据转换模块、通信接口模块、输入输出模块、扩展输入输出模块及控制对象模块存储在底壳12中，在使用时，只需要将选用的功能扩展模块50与相应的核心板组装即可。

请参阅图4，核心板包括具有40针引脚的单片机，单片机的P0组引脚由两个十针双排插座引出、单片机的P1组引脚由两个十针双排插座引出、单片机的P2组引脚由两个十针双排插座引出、单片机的P3组引脚的由两个十针双排插座引出、单片机的ISP接口由一个十针插座引出，单片机的矩阵键盘接口由一个十针双排插座引出。使用具有40针引脚的单片机，以便单片机具有丰富的接口，以完成不同的功能。将单片机的P0组到P3组引脚分别使用两个十针双排插座引出，则在使用时，可以将P0组到P3组引脚中，各组引脚对应的两个十针双排插座中的一个十针双排插座使用连接线进行电性连接，另一个十针双排插座可以在测试时，检测相应引脚的电位情况，方便测试、调节。而将P0组引脚、P1组引脚、P2组引脚、P3组引脚、ISP接口、矩阵键盘接口均使用十针双排插座引出，可以使用统一规格的排线，方便连线。P0组引脚指单片机的P0.0-P0.7的八个引脚；P1组引脚指单片机的P1.0-P1.7的八个引脚；P2组引脚指单片机的P2.0-P2.7的八个引脚；P3组引脚指单片机的P3.0-P3.7的八个引脚。具体地，请参阅图4a部分，本实施例中，40针引脚的单片机可以是AT89S52芯片。在其它实施例中，40针引脚的单片机也可以是其它处理器芯片。而各组引脚由十针双排插座的引出连线的结构示意图可以参照如图4b中P3组引脚的连线结构连接；如将十针双排插座P34的第1个引脚接5V电源，将十针双排插座P34的第10个引脚接地，其它8个引脚分别与P3组引脚中的8个引脚相连。

进一步地，功能扩展模块50的信号引脚由一个十针双排插座引出，功能扩展模块50的控制引脚由一个十针双排插座引出。从而可以方便连接，如直接使用十针的排线与功能扩展模块50连接，进而再与核心板电性连接，导线连接方便。

进一步地，上述功能扩展模块50中：

上述存储器接口模块是串行EEPROM接口、SRAM62256和Flash Memory中的一种或多种。具体地，串行EEPROM接口可以采用24C0x型串行EEPROM。Flash Memory可以采用型号为29C10的Flash Memory。

上述功能扩展接口模块是8253计数器扩展接口、8259中断扩展接口、8237DMA、LM331和SD卡读写接口中的一种或多种。

上述接口芯片模块是通讯日历存储、音频芯片和MP3芯片中的一种或多种。更进一步地，音频芯片可以带麦克风和录放功能，以丰富该模块化单片机实验箱100的功能。

上述数据转换模块是并行A/D转换接口、并行D/A转换接口、串行A/D转换接口和串行D/A转换接口中的一种或多种。具体地，并行A/D转换接口型号可以为ADC0809。当然其它实施例中，并行A/D转换接口也可以使用其它型号。具体地，并行D/A转换接口型号可以为DAC0832。当然其它实施例中，并行D/A转换接口也可以使用其它型号。具体地，串行A/D转换接口型号可以为TLC549。当然其它实施例中，串行A/D转换接口也可以使用其它型号。具体地，串行D/A转换接口型号可以为LTC1446。当然其它实施例中，串行D/A转换接口也可以使用其它型号。

具体地，上述通信接口模块是RS-232/485、USB2.0、CAN总线接口、蓝牙接口和wifi接口中的一种或多种。

具体地，上述输入输出模块是8位逻辑电平输出(带开关)、12位逻辑电平显示(LED)、双8位逻辑电平显示(LED)、8位数码管、4×6矩阵键盘、16×16双色LED显示器、1602字符型液晶显示器、128×64点阵液晶显示器、三色发光二极管和蜂鸣器中的一种或多种。

具体地，上述扩展输入输出模块是74LS244、74LS273、8250异步通讯、8251串行通讯、8253定时器/计数器、8255并行接口、8279扩展接口、直流电机及驱动、步进电机及驱动、压力(称重)传感器、扬声器驱动、并行扩展接口、串行扩展接口和双积分型A/D转换接口中的一种或多种。更具体地，并行扩展接口可以使用型号74HC164为的并行扩展接口。当然，并行扩展接口也可以使用其它型号。更具体地，串行扩展接口可以使用型号74HC165为的串行扩展接口。当然，串行扩展接口也可以使用其它型号。更具体地，双积分型A/D转换可以使用型号MC14433为的双积分型A/D转换。当然，双积分型A/D转换也可以使用其它型号。

具体地，上述控制对象模块是继电器驱动、IC卡与幅频转换、温度传感器、红外信号收发、打印机接口和TFTLCD真彩色液晶触屏中的一种或多种。更具体地，温度传感器可以适用型号为18B20的温度传感器。

请参阅图1、图2和图3，底壳12中配合安装有分隔块31，分隔块31中开设有若干用于存储的存储腔室32。在底壳12中设置分隔块31，以方便在分隔块31上开设存储腔室32。而设置存储腔室32可以方便存储各功能模块和连接线，如存储上述核心板和各功能扩展模块50，而在使用时可以直接从存储腔室32中取出核心板和选用的功能扩展模块50，再使用连接线连接即可；而不使用时，将核心板、相应的功能扩展模块50和连接线收于存储腔室32中。

进一步地，存储腔室32包括用于存储一种大小的功能模块的第一存储腔321和用于存储连接线的储线腔323。设置第一存储腔321和储线腔323，以更将功能模块和连接线分别存储在不同的腔室，以方便取用。第一存储腔321可以设置多个，分别存储不同的功能模块，具体各第一存储腔321可以分别存储核心板和功能扩展模块50。

进一步地，存储腔室32还包括用于存储另一种大小的功能模块的第二存储腔322。由于功能模块，如不同的功能扩展模块50的大小可能设计的不同，因而，设置第二存储腔322，可以更好并稳定的存储不同的扩展模块。第二存储腔322也可以设置为多个。

更进一步地，存储腔室32还包括用于存储配件或/和工具的第三存储腔324。设置第三存储腔324，以便存储配件或/和工具，以方便组装功能模块。

更进一步地，存储腔室32还包括备用腔室325，设置备用腔室325，以方便增加其它功能扩展模块50、其它功能模块或其它部件，以方便对该模块化单片机实验箱100进行功能扩展。

本发明的模块化单片机实验箱100，在使用时，可以将核心板与需要的功能扩展模块50组装成需要的功能组合，从而可以完全排除实验暂时不用模块的干扰。实验操作所选用功能模块可以安装在操作板20上，可以灵活排列，也可任意取下观测，有利于实验结果的观测和展示，也便于教师对学员的指导和监督。

本发明的模块化单片机实验箱100可以充分利用实验箱空间。各种功能模块对应的核心板与功能扩展模块50、连接线、配件/工具等可以存贮在箱体10的底壳12内，实验时所选用模块安装于打开实验箱上盖11内部的操作板20上。操作板20的操作面积仅仅略小于实验箱存储面积。

本发明的模块化单片机实验箱100便于实验设计和设备维护。核心板与各功能扩展模块50的控制接口和信号接口的形式统一，即各模块控制接口和信号接口的形式统一，减少连接线种类，可以方便、快速地相互组合，有利于学员深入地理解单片机应用系统的设计原理和实际开发过程。功能模块出现故障时，检修和替换比较方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化单片机实验箱，其特征在于，包括箱体，所述箱体中安装有：用于进行单片机实验的功能模块、用于为所述功能模块供电的电源模块和若干用于电性连接的连接线；所述箱体包括上盖和用于存储所述功能模块与所述连接线的底壳，所述上盖安装于所述底壳上，所述上盖中安装有用于可拆卸装配所述功能模块的操作板。

2.如权利要求1所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述操作板包括用于支撑所述功能模块的支撑板，所述支撑板上开设有若干用于插装固定所述功能模块的插孔。

3.如权利要求2所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述操作板还包括用于配合所述支撑板固定所述功能模块的加固板，所述加固板位于所述支撑板靠近所述上盖顶面的一侧。

4.如权利要求2或3所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述功能模块包括核心板和用于与所述核心板电性相连以实现单片机功能实验的功能扩展模块。

5.如权利要求4所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述功能扩展模块为存储器接口模块、功能扩展接口模块、接口芯片模块、数据转换模块、通信接口模块、输入输出模块、扩展输入输出模块及控制对象模块中的一种或多种。

6.如权利要求4所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述核心板包括具有40针引脚的单片机，所述单片机的P0组引脚由两个十针双排插座引出、所述单片机的P1组引脚由两个十针双排插座引出、所述单片机的P2组引脚由两个十针双排插座引出、所述单片机的P3组引脚的由两个十针双排插座引出、所述单片机的ISP接口由一个十针插座引出，所述单片机的矩阵键盘接口由一个十针双排插座引出。

7.如权利要求6所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述功能扩展模块的信号引脚由一个十针双排插座引出，所述功能扩展模块的控制引脚由一个十针双排插座引出。

8.如权利要求1-3任一项所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述底壳中配合安装有分隔块，所述分隔块中开设有若干用于存储的存储腔室。

9.如权利要求8所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述存储腔室包括用于存储一种大小的所述功能模块的第一存储腔和用于存储所述连接线的储线腔。

10.如权利要求9所述的模块化单片机实验箱，其特征在于，所述存储腔室还包括用于存储另一种大小的所述功能模块的第二存储腔。