CN201829080U - 开放型独立模块式单片机教学实验箱 - Google Patents

开放型独立模块式单片机教学实验箱 Download PDF

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韩泉城
张云洲
张学伟
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Abstract

一种开放型独立模块式单片机教学实验箱。属于实验设备技术领域。采用双层设计，底层为电源底板层，上层为模块层；为开放式结构；模块层设置11个模块，分别为：主控制器模块、I/O口扩展模块、传感器模块、矩阵键盘模块、流水灯按键模块、数码管模块、电机模块、数模模数转换模块、存储器模块、继电器模块和交通灯模块，每个模块通过标准的电源接口连接在电源底板层上。本实用新型的优点：完全独立模块化设计，实验组织更加灵活，通用性更强；电源底板与模块双层设计，预留有标准接口，扩展性更强。

Description

开放型独立模块式单片机教学实验箱
技术领域：
本实用新型属于实验设备技术领域，特别涉及一种开放型独立模块式单片机教学实验箱。
背景技术：
在实际的单片机教学中，各高校普遍以51单片机为基础，学校采用的单片机实验箱均采用一种一体化的封闭式实验箱设计。其一般将所有的电路设计在一块独立的电路板上，只能完成有限数量实验，不能跟随技术的发展进行实验的扩展。各种模块没有对外接口，并且学生很难看到其实际电路，很难应用于电子竞赛、课程设计、毕业设计等各种创新实践性教学，不利于学生创新意识的培养。孤立封闭的单片机学习模式与实际的工程开发相差较大，不利于学生对单片机的工程应用。另外现有的各种单一的实验箱(如单片机实验箱、EDA实验箱、ARM实验箱、DSP实验箱)很多具有相同的实验模块，由于一体化设计或非独立模块化设计(带有数据总线模块式)，使得其相互之间不能通用或是通用复杂，将会造成资源的浪费，也不利于学生对知识的融合，故设计了该开放型完全独立模块式单片机教学实践实验箱。
发明内容：
针对现有技术存在的不足，本实用新型提出了一种开放型独立模块式单片机教学实验箱。该实验箱采用完全独立模块方式，具有较强的开放性、可扩展性和通用性。
本实用新型采用双层设计，如图1所示，底层为电源底板层，如图2所示，上层为模块层；为开放式结构；模块层设置11个模块，分别为：主控制器模块，如图3所示；I/O口扩展模块，如图4所示；传感器模块，如图5所示；矩阵键盘模块，如图6所示；流水灯按键模块，如图7所示；数码管模块，如图8所示；电机模块，如图9所示；数模模数转换模块，如图10所示；存储器模块，如图11所示；继电器模块，如图12所示和交通灯模块，如图13所示，每个模块通过标准的电源接口连接在电源底板层上，电源底板层为各个模块提供常用5V、3.3V、+12V、-12V四种类型电压，还可提供一路可调电压(1.5V～12V)输出。
所述的主控制器模块选用STC89C52RC单片机、MAX232串口RS232通信芯片、NOKIA5110 SPI接口LCD显示屏；
所述的I/O口扩展模块选用8255A并行IO扩展芯片和74HC595串行IO扩展芯片；
所述的传感器模块选用LM386音频功放芯片和DS18B20数字温度传感器；
所述的数码管模块选用74HC595驱动芯片；
所述的电机模块选用ULN2003驱动芯片；
所述的数模模数转换模块选用ADC0809芯片和DAC0832芯片；
所述的存储器模块选用AT28C64并行存储芯片和AT24C02 I2C接口存储芯片。
本实用新型的优点：独立模块化设计，实验组织更加灵活，通用性更强；电源底板与模块双层设计，预留有标准接口，扩展性更强；从工程角度开发，使用工程中应用最为广泛的Keil软件进行学习与开发，完全与工程开发接轨；提供更加丰富的电源接口，和模块接口，适合学生电子设计竞赛和创新项目使用。
附图说明：
图1为本实用新型结构框图；；
图2为本实用新型电源电路原理图；
图3为本实用新型主控制器模块原理图；
图4为本实用新型I/O口扩展模块原理图；
图5为本实用新型传感器模块原理图；
图6为本实用新型矩阵键盘模块原理图；
图7为本实用新型流水灯按键模块原理图；
图8为本实用新型数码管模块原理图；
图9为本实用新型电机模块原理图；
图10为本实用新型数模模数转换模块原理图；
图11为本实用新型存储器模块原理图；
图12为本实用新型继电器模块原理图；
图13为本实用新型交通灯模块原理图
图14本实用新型主控制器模块与计算机通过串口连接示意图；
具体实施方式：
本实用新型一种开放型独立模块式单片机教学实验箱结合实施例和附图加以说明。
实施例1
本实施例进行测量数字电压表实验；
其中选取3个模块进行实验，分别为主控制器模块、数模模数转换模块和数码管模块，主控制器模块选用STC89C52RC单片机，数模模数转换选取ADC0809芯片；
实验箱各模块安装在实验箱的同时，各模块已经与电源供电接口连接好，打开开关即可为各模块供电。将主控制器模块的程序下载口J1通过串口线连接编程计算机RS232串行接口，如图14所示。
主控制器模块、数模模数转换模块和数码管模块之间的连接为：如图3、图10和图8所示，将主控制器模块的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7依次连接数模模数转换模块中ADC0809的P4数据线D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7口；主控制器模块的P2.0口连接P1控制线ST口，P2.1口连接P1控制线EOC口，P2.2口连接P1控制线OE口，P2.3口连接P1控制线CLK口，P2.4口连接控制线的A口，P2.5连接控制线的B口，P2.6口连接控制线的C口；打开数码管模块的电源开关；将主控制器模块P1.0连接数码管模块的J2的RCK1口，主控制器模块P1.1口连接数码管模块的J2的SCK1口，P1.2口连接数码管模块的J2的SI1口；将数模模数转换模块的P3通道7引脚与电源底板的可调电源引脚相连。
实验方法按如下步骤进行：
1.按照以上步骤将电路连接好；打开电源底板的总电源开关、+5V电源开关和数码管模块上的模块开关。各模块已通过底板的接线柱连接了相应的电源；
2.根据实验指导书的实验要求，在编程计算机上的Keil编程环境中编写数字电压表源程序(C语言或汇编)，编译连接生成HEX文件，通过宏晶公司提供的STC程序下载软件将程序下载到单片机STC89C52RC中。程序运行，通过ADC0809读取通道7上的电压值，并将电压值显示在静态数码管显示中，如果程序出现异常，未按照预先设计的程序执行，修改源程序，并调试直至出现程序设计效果，实时显示电源底板的可调电源引脚的电压值，完成了通过ADC0809实现的数字电压表实验。
实施例2
本实施例进行PWM直流电机调速实验；
其中选取3个模块进行实验，分别为主控制器模块、电机模块和流水灯按键模块，主控制器模块选用STC89C52RC单片机，直流电机选取ULN2003驱动芯片和无刷式直流电机；
实验箱各模块安装在实验箱的同时，各模块已经与电源供电接口连接好，打开开关即可为各模块供电。将主控制器模块的程序下载口J1通过串口线连接编程计算机RS232串行接口，如图14所示。
主控制器模块、电机模块和流水灯按键模块之间的连接为：如图3、图9和图7所示，将主控制器模块的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7依次连接流水灯按键模块中流水灯控制接口JP5的1、2、3、4、5、6、7、8口，主控制器模块的P3.3口连接流水灯按键模块的独立按键控制接口JP4的1口(按键S1接口)；主控制器模块的P2.0口连接电机模块的PWM接口。
实验方法按如下步骤进行：
1.按照以上步骤将电路连接好；打开电源底板的总电源开关、+5V电源开关和电机模块上的模块开关。各模块已通过底板的接线柱连接了相应的电源；
2.根据实验指导书的实验要求，在编程计算机上的Keil编程环境中编写PWM直流电机调速实验源程序(C语言或汇编)，编译连接生成HEX文件，通过宏晶公司提供的STC程序下载软件将程序下载到单片机STC89C52RC中。程序运行，通过流水灯按键模块的按键S1调节PWM输出占空比，从而实现电机调速，并由流水灯显示电机转速级别。如果程序出现异常，未按照预先设计的程序执行，修改源程序并调试直至出现程序设计效果，实现电机的PWM调速，完成了通过ULN2003驱动的PWM直流电机调速实验。
实施例3
本实施例进行数字温度传感器DS18B20测温实验；
其中选取3个模块进行实验，分别为主控制器模块、传感器模块和数码管模块，主控制器模块选用STC89C52RC单片机，传感器模块选用DS18B20数字温度传感器；
实验箱各模块安装在实验箱的同时，各模块已经与电源供电接口连接好，打开开关即可为各模块供电。将主控制器模块的程序下载口J1通过串口线连接编程计算机RS232串行接口，如图14所示。
主控制器模块、传感器模块和数码管模块之间的连接为：如图3、图5和图8所示，将主控制器模块的P1.7口连接传感器模块的DS18B20输出口；将主控制器模块P1.0连接数码管模块的J2的RCK1口，主控制器模块P1.1口连接数码管模块的J2的SCK1口，P1.2口连接数码管模块的J2的SI1口。
实验方法按如下步骤进行：
1.按照以上步骤将电路连接好；打开电源底板的总电源开关、+5V电源开关和数码管模块上的模块开关。各模块已通过底板的接线柱连接了相应的电源；
2.根据实验指导书的实验要求，在编程计算机上的Keil编程环境中编写DS18B20测温源程序(C语言或汇编)，编译连接生成HEX文件，通过宏晶公司提供的STC程序下载软件将程序下载到单片机STC89C52RC中。程序运行，通过静态显示数码管实时显示DS18B20所测量的环境温度。如果程序出现异常，未按照预先设计的程序执行，修改源程序并调试直至出现程序设计效果，实现DS18B20测温并显示，完成了数字温度传感器DS18B20测温实验。

Claims (3)

1.一种开放型独立模块式单片机教学实验箱，其特征在于：采用双层设计，底层为电源底板层，上层为模块层；为开放式结构；模块层设置11个模块，分别为：主控制器模块、I/O口扩展模块、传感器模块、矩阵键盘模块、流水灯按键模块、数码管模块、电机模块、数模模数转换模块、存储器模块、继电器模块和交通灯模块，每个模块通过标准的电源接口连接在电源底板层上。
2.按权利要求1所述的开放型独立模块式单片机教学实验箱，其特征在于：所述的电源底板层为各个模块提供常用5V、3.3V、+12V、-12V四种类型电压，还可提供一路可调电压输出。
3.按权利要求1所述的开放型独立模块式单片机教学实验箱，其特征在于：
所述的主控制器模块选用STC89C52RC单片机、MAX232串口RS232通信芯片、NOKIA5110 SPI接口LCD显示屏；
所述的I/O口扩展模块选用8255A并行IO扩展芯片和74HC595串行IO扩展芯片；
所述的传感器模块选用LM386音频功放芯片和DS18B20数字温度传感器；
所述的数码管模块选用74HC595驱动芯片；
所述的电机模块选用ULN2003驱动芯片；
所述的数模模数转换模块选用ADC0809芯片和DAC0832芯片；
所述的存储器模块选用AT28C64并行存储芯片和AT24C02 I2C接口存储芯片。
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