CN201837865U - 一种单片机教学开发板 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于单片机领域，提供了一种单片机教学开发板，包括：单片机及其外围电路、与所述单片机相连的多个功能模块电路、连接上述电路的多个可扩展接口。本实用新型以MCS-51内核的单片机为核心进行控制，提供16种单片机教学演示功能，并提供可扩展接口，以方便进行二次系统开发使用，同时单片机教学开发板采用了大量表贴器件，并对电路板进行合理布局，实现了单片机教学开发板的便携性和多功能性。

Description

一种单片机教学开发板

技术领域

本实用新型属于单片机领域，尤其涉及一种单片机教学开发板。

背景技术

目前的单片机教学开发板从功能上划分一般分为简易型和多功能型。简易型单片机教学开发板主要以教学演示为主，具备常用的教学演示功能，如单片机端口输入输出控制、流水灯控制、七段数码管和4×4键盘控制、蜂鸣器控制、A/D转换、继电器控制、EEPROM器件24C02读写控制、1602液晶屏显示控制和串行通信等。简易型单片机教学开发板具有体积小、易于携带和成本低等优点，但其系统主要以满足教学演示为主，功能简单、不易进行扩展，在此基础上进行二次系统开发较为困难。

多功能型单片机教学开发板除了以上所述的简易型单片机教学开发板的所有功能外，还包括较为实用的复杂项目功能，如步进电机控制、直流电机控制、数字钟、温度传感器、光电传感器控制、数字信号发生器、红外数据传输等，多功能型开发板系统功能强大，易于进行系统扩展，工程实用性强，在此基础上进行二次系统开发较为容易，但是具有体积大、不易于携带和成本高等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单片机教学开发板，旨在解决现有技术中单片机教学开发板多功能与小体积不能兼容的问题。

本实用新型是这样实现的，一种单片机教学开发板，包括：

单片机及其外围电路；

与所述单片机相连的单片机端口输入输出电路、流水灯控制电路、七段数码管和4×4键盘控制电路、蜂鸣器控制电路、A/D转换电路、继电器控制电路、电可擦可编程只读存储器读写电路、1602液晶显示电路、串行通信电路、步进电机控制电路、直流电机电路、数字钟电路、温度传感器电路、光电传感器电路、数字信号发生器电路和红外数据传输电路；

连接上述电路的可扩展接口，

所述单片机及其外围电路和所述多个与单片机相连的功能模块电路采用表贴器件进行布局。

进一步地，所述单片机及其外围电路包括：

与所述单片机连接、扩展所述单片机输入输出口的并行扩展芯片及其外围电路。

更进一步地，所述可扩展接口包括：

与所述单片机外围电路相连的可扩展接口、与单片机相连的可扩展接口、与功能模块电路相连的可扩展接口。

本实用新型中，基于MCS-51内核的单片机进行控制，由MCS-51单片机及其外围电路、多种常用教学演示功能电路及复杂项目功能模块电路、预留的可扩展接口组成，并采用大量表贴器件对电路板进行合理布局，实现了单片机教学开发板的便携性和多功能性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的单片机教学开发板的系统功能模块框图；

图2是本实用新型实施例提供的单片机教学开发板的并行扩展芯片可扩展接口电路图；

图3是本实用新型实施例提供的单片机教学开发板的单片机可扩展接口电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型基于MCS-51内核的单片机进行控制，由MCS-51单片机及其外围电路、多种常用教学演示功能电路及复杂项目功能模块电路、预留的可扩展接口组成，并采用大量表贴器件对电路板进行合理布局，实现了单片机教学开发板的便携性和多功能性。

图1示出了本实用新型实施例提供的单片机教学开发板的系统功能模块框图，为了便于描述，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

参照图1，本实用新型实施例提供的单片机教学开发板包括采用了MCS-51内核的单片机1及其外围电路，以及由单片机1控制实现的16个功能模块电路。其中，单片机1位于单片机教学开发板的中间，符合电磁兼容原理及人体功能学。在本实用新型实施例中，单片机1采用了表贴封装的MCS-51内核增强型STC89C52RC芯片，其不需要另外增加专用的单片机程序烧写器，而是支持通过串口进行程序的在线烧写(In-System Programming，ISP)，并通过相应的程序下载软件在线查看程序的下载状况。

单片机1的外围电路包括外部时钟振荡电路和按键复位电路，在上电工作的情况下即可保证单片机1进行正常工作，同时还包括并行扩展芯片，在本实用新型实施例中的并行扩展芯片型号为82C55，用于对单片机1的输入输出(Input/Output，I/O)口进行扩展。

在本实用新型实施例中，单片机1周围合理分布着16个功能模块电路，经由对单片机1编写相应程序从而控制实现相应的教学演示功能。其中，单片机端口输入输出模块电路2中包含一个独立按键S17、一个红色LED灯D18与一个绿色LED灯D19，分别与单片机1中P1口的P17、P10和P11引脚相连，通过对单片机1编写相应程序，实现用独立按键的按下与释放两种状态分别控制红色LED灯与绿色LED灯的亮、灭等功能。

流水灯控制模块电路3中，8个LED发光管与单片机1的并行扩展芯片PA口的PA0～PA7引脚依次相连，通过对单片机1编写相应程序，实现8个LED发光管依次周而复始地单独点亮。

作为本实用新型的一个实现示例，相邻LED发光管依次点亮的时间间隔可以设定为大约1s。

七段数码管和4×4键盘控制模块电路4中，七段数码管和4×4键盘通过LED驱动管理芯片ZLG7290与单片机1连接，并通过对单片机1编写相应程序，在七段数码管和4×4键盘上控制和显示对ZLG7290各功能的演示，包括测试直接写显存、下载数据、不同扫描位数、闪烁功能、段寻址和键盘功能。

蜂鸣器控制模块电路5的控制信号与并行扩展芯片PC口的PC0口相连，通过对单片机1编写相应程序向PC0口输出高电平或者低电平，以控制蜂鸣器的鸣响或者静音。

A/D转换模块电路6主要包括与单片机1相连的模数转换芯片ADC0809及其外围电路，同时还包括两个阻值为0～10K的可调电阻和一个接线端子，其中，任何一个可调电阻都可以通过调节阻值大小产生0～5V的模拟电压信号作为外部模拟输入信号，同时接线端子可以通过外部引入两路模拟输入信号。在A/D转换模块电路6中，通过对单片机1编写相应程序，可以实现对外部模拟输入信号进行采集、处理与显示等功能。

继电器控制模块电路7中，并行扩展芯片PC口的PC1口与继电器相连，通过对单片机1编写相应程序进行控制，对PC1口输出高电平或者低电平，以控制继电器的开合。

电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)AT24C02读写模块电路8应用I²C总线通信协议实现单片机1与EEPROM器件AT24C02的数据交换。其中，单片机1中P1口的P14、P15引脚分别作为I²C的SDA信号线与SCL信号线，利用软件模拟产生I²C总线通信协议规定的传输数据信号，完成单片机1与AT24C02时钟芯片之间的数据交换。

在本实用新型实施例中，可以通过对单片机1编写相应程序，实现对EEPROM器件指定的多个连续地址写入指定数值，再读出已写入器件地址的数值，并在七段数码管和4×4键盘控制模块电路4中进行显示。

1602液晶显示模块电路9中，单片机1的RD引脚和WD引脚输出的控制信号线与74HC00的1引脚和2引脚相连，连接单片机1I/O口的74HC138的13引脚和74HC00的9引脚和10引脚相连，通过三路信号的读写组合控制1602液晶显示。在本实用新型实施例中，1602液晶显示器经由其内置寄存器读写数据，通过对单片机1编写相应程序，实现在1602液晶显示器的第一行和第二行显示相应的静态字符或者动态字符。

串行通信模块电路10中，单片机1的TXD引脚和RXD引脚分别进行串行发送和接收，两路信号均被引至串口电平转换芯片MAX232进行电平转换，然后通过USB取电口与外部串行口进行数据交换，实现单片机1与外部设备串行口进行数据交换的功能。

单片机1为步进电机控制模块电路11提供控制信号，并通过并行扩展芯片PB口的PB0～PB5引脚的电平向步进电机控制模块电路11输出，间接控制步进电机驱动芯片的运行。

直流电机模块电路12中，直流电机功率驱动电路采用了直流电机驱动器TA7267BP，TA7267BP的引脚1和2连接到并行扩展芯片PC口的PC2和PC3引脚上，而引脚3和5则分别引出连接到所要控制的直流电机的两端。通过对单片机1编写相应程序，实现对直流电机的启动、方向及调速控制。

数字钟模块电路13应用I²C总线通信协议实现单片机1与PCF8563时钟芯片的数据交换。其中，单片机1中P1口的P12、P13引脚分别作为I²C的SDA信号线与SCL信号线，利用软件模拟产生I²C总线通信协议规定的传输数据信号，完成单片机1与PCF8563时钟芯片之间的数据交换。通过对单片机1编写相应程序，实现对时钟芯片各个功能寄存器的写入，以及读取时钟芯片相应寄存器中秒、分钟、小时、日、星期、月、年的值，并在1602液晶显示模块电路9上进行显示。

温度传感器模块电路14与单片机1之间采用了一线制总线方式进行数据读写，利用单片机的P17引脚作为一线制的通信信号线，通过对单片机1编写相应程序，产生符合一线制通信协议规定的传输数据信号，以实现对温度传感器模块电路14的初始化及实时温度的读取，并将读取的实时温度值在1602液晶显示模块电路9上进行实时显示。

光电传感器模块电路15中，四个光电传感器U20、U21、U22、U23的引出脚相继为Sensor01、Sensor02、Sensor03、Sensor04，分别与并行扩展芯片PC口的PC4～PC7口连接，通过对单片机1编写相应程序，采集并行扩展芯片PC口的PC4～PC7输入的高低电平来进行光电感应。在本实用新型实施例中，在任意一个光电传感器凹形槽间无遮挡物进行遮挡时，四个光电传感器引出脚的输出信号都为高电平；反之则为低电平。

数字信号发生器模块电路16中，单片机1产生的数字量通过模数转换芯片DAC0832转换为模拟量，并由DAC0832的8引脚输出。通过连接示波器，可以观测到由此产生的各种波形。

红外数据传输模块电路17中，单片机1使用高速同步串行口(Serial Peripheral interface，SPI)的通信方式，将数据发送给MAX3100芯片，再由MAX3100通过红外模式对数据进行发送；接收到的数据由MAX3100转换为SPI通信协议，而后传送给单片机1。在本实用新型实施例中，通过对单片机1编写相应程序，实现由MAX3100芯片完成红外数据的发送、接收及相关通信协议转换功能。

在本实用新型实施例中，七段数码管位于开发板右侧，4×4键盘位于七段数码管下方，便于在进行键盘控制时对显示部分进行观察；步进电机控制模块电路11与直流电机模块电路12的外接接口均位于开发板的左下角，便于电机外接引线的连接；A/D转换模块电路6的外接模拟信号口、光电传感器模块电路15中的四个光电传感器、数字信号发生器模块电路16的测量接口均位于开发板的右上角，便于对项目进行交互式操作及物理量的测量；继电器控制模块电路7的外接接口、红外数据传输模块电路17中的收发接口均位于开发板的上部，便于接线及红外数据通信收发时进行对射。

图2示出了本实用新型实施例提供的单片机教学开发板的并行扩展芯片可扩展接口电路图，为了便于描述，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

参照图2，插针座CON1的1、3、5、7、9、11、13、15引脚分别连接并行扩展芯片PA口的PA0～PA7引脚；CON1的0、2、4、6、8、10、12、14、16引脚分别连接8个LED发光管。

插针座CON2的1、3、5、7、9、11、13、15引脚分别连接并行扩展芯片PB口的PB0～PB7引脚；CON2的0、2、4、6、8、10、12引脚分别连接步进电机控制模块电路11中的6个控制信号8435CLK1、8435CLK2、8435CW、8435M1、8435M2、8435EFIN；CON2的14和16引脚接地。

插针座CON3的1、3、5、7、9、11、13、15引脚分别连接并行扩展芯片PC口的PC0～PC7引脚；CON3的0、2、4、6、8、10、12、14、16引脚分别连接蜂鸣器控制模块电路5的控制信号BELL、继电器控制模块电路7的控制信号RELAY、直流电机模块电路12的控制信号MOTORIN+、MOTORIN-、光电传感器模块电路15的4个光电传感器数据输入信号Sensor1～Sensor4。

图3示出了本实用新型实施例提供的单片机教学开发板的单片机可扩展接口电路图，为了便于描述，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

参照图3，单片机的P1口、部分P4口、两个外部中断输入口、1个计时器输入口、三个扩展电源(+5V和GND)输出口分别引出，其中，J5～J11以及J13的引脚2分别连接单片机的P1口的P10～P17引脚；J19的引脚2和3分别连接单片机的P4口的P40引脚和P41引脚；J17和J18的2引脚分别连接单片机的外部中断INT3和INT2引脚；J19的1引脚连接单片机的计数器T1引脚；J16的1引脚、J20的2引脚、J21的1引脚连接单片机的+5V内部电源，J15的2引脚、J20的3引脚、J21的3引脚接地。

在本实用新型实施例中，一些功能模块电路的输入输出端口也通过预留的可扩展接口引出，其中，参照图3，J5和J7的1引脚分别连接流水灯控制模块D18和D19灯的输入引脚；J5和J7的3引脚分别连接LED驱动管理芯片ZLG7290的数据信号和时钟信号；J6和J9的1引脚、J18的3引脚分别连接PCF8563时钟芯片的时钟信号、数据信号、中断输出信号；J6、J8、J9、J10、J17的3引脚分别连接MAX3100芯片的时钟信号、数据输入信号、片选信号、数据输出信号、中断输出信号；J8和J10的1引脚分别连接EEPROM器件24C02的数据信号和时钟信号；J13的引脚连接温度传感芯片DS18B20的数据信号；J13的3引脚连接流水灯控制模块S17键的输出信号；J16的2引脚连接电机驱动电源；J15和J20的1引脚连接+12V的外接电源。

本实用新型实施例中，单片机教学开发板上的大部分元件均采用表贴封装，有效地节省了空间，减小了体积。同时，电路板厚2mm，板面上均匀预留9个定位孔，可用铜柱进行固定支撑，其中的4个定位既可以做支撑脚，也可以将1602液晶屏与开发板通过定位孔固定在一起，合理的结构和布局使得教学开发板结构坚固、不易损坏，方便携带。

本实用新型实施例以MCS-51内核的单片机为核心进行控制，提供16种单片机教学演示功能，并提供可扩展接口，以方便进行二次系统开发使用，同时单片机教学开发板采用了大量表贴器件，并对电路板进行合理布局，实现了单片机教学开发板的便携性和多功能性。

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

Claims (3)

1.一种单片机教学开发板，其特征在于，所述单片机教学开发板包括：

单片机及其外围电路；

与所述单片机相连的单片机端口输入输出电路、流水灯控制电路、七段数码管和4×4键盘控制电路、蜂鸣器控制电路、A/D转换电路、继电器控制电路、电可擦可编程只读存储器读写电路、1602液晶显示电路、串行通信电路、步进电机控制电路、直流电机电路、数字钟电路、温度传感器电路、光电传感器电路、数字信号发生器电路和红外数据传输电路；

连接上述电路的可扩展接口，

所述单片机及其外围电路和所述多个与单片机相连的功能模块电路采用表贴器件进行布局。

2.如权利要求1所述的单片机教学开发板，其特征在于，所述单片机及其外围电路还包括：

与所述单片机连接、扩展所述单片机输入输出口的并行扩展芯片及其外围电路。

3.如权利要求1所述的单片机教学开发板，其特征在于，所述可扩展接口包括：

与所述单片机外围电路相连的可扩展接口、与单片机相连的可扩展接口、与功能模块电路相连的可扩展接口。

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