CN202049659U - 一种单片机教学实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单片机教学实验仪，包括51系列的单片机及其最小系统；还包括温度采集电路；所述温度采集电路采用单线式数字温度传感器DS18B20，与单片机的P2口相连。本实用新型以单片机为主控制器，包涵单片机最小系统和温度采集电路，温度采集电路采用单线式数字温度传感器，不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，可以直接将被测的环境温度转化成串行数字信号，通过单线传输给单片机处理，单片机与温度传感器之间仅需一根信号线，电路简单，功耗低，抗干扰能力强。本实用新型可用于单片机外部引脚和内部结构等有关内容的教学，还可以让学生自己动手设计完成一个简单温度监控器，教学内容循序渐进，适于对学生的培养。

Description

一种单片机教学实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种教学用的实验设备，特别涉及一种单片机教学实验仪。

背景技术

单片机由于其广泛的应用成为高校电子信息、自动控制等专业一门核心课程，在这些专业的课程体系中有着重要的作用。单片机技术是一门应用性学科，涉及到硬件软件的综合应用，因此课程对实践应用的教学要求很高。

传统的单片机课程教学，基本按单片机学科内在知识的逻辑结构为主线进行教学设计，通常是先讲理论，再给学生一些简单的程序到实验箱上去验证，这种教学模式很难做到理论与应用的真正结合。目前受到教育界专家推崇和学生欢迎的一种教学方法是基于行动导向的项目教学法，它特别适用于单片机这类实践性和应用性强的课程。项目教学用具体的任务项目来导出单片机的知识点，引导学生学习，再启发学生用所学的知识和技能来实施项目。这种教学必须有一个真实的教学实验仪作为支撑。教学实验仪的提供通常有两大类方式，一种方式是教学实验平台完全由学生创建，这种教学方式要求将电路原理图设计、印制电路板制作、电路安装加工、硬件调试、软件设计等工作过程都作为一个真实的教学过程，必须将多门课程进行整合以提供足够的课时；同时由于这种教学涉及到多领域学科的知识技能，作为新课程的教学，容易导致学生对多种新知识学习的主次不分或凌乱无序，从而达不到良好的预期效果。另一种方式是给学生提供一个教学实验平台，目前市场上有各种各样的单片机教学平台，各有特点各有侧重。但有的平台侧重专项训练，不利于循序渐进的课堂教学；有的平台教学中无法展开硬件设计和调试环节，不利于调试能力的培养；有的平台电路的连接靠接线柱和连接线，随着时间推移，接线柱氧化、接线不可靠等因素会导致学生花费大量的时间浪费在连接线的检查上，降低教学效率；有的平台必须另外配备其它的工具如仿真器和编程器，从而使得教学的硬件成本过高等等。

除此之外，很多院校还开设与单片机相关的实训课程。实训课程通常需要设计调试一个产品，旨在培养学生熟悉典型嵌入式系统的开发过程和方法，掌握单片机系统的设计、开发和调试能力，激发学生的创新能力，并培养一定的职业素养。实训内容应是设计开发一个典型、具有独立功能和实用推广价值的真实产品，实训课程的设计应涵盖单片机的重要知识和技能的应用，如应包含硬件电路的故障调试排除和较大规模的软件程序设计；应选取具有典型应用价值的一些外围电路，如单总线电路、LCD模块等；并应提供一种合适的加工方式，如一个带有各种线路错误的印制电路板等。目前市场上这种功能价格均合适的实训平台较少。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种特别适合单片机项目教学和实训教学且具有价格便宜、设计科学、能达到很好教学效果的单片机教学实验仪。

实现本实用新型目的的技术方案是一种单片机教学实验仪，包括51系列的单片机及其最小系统；还包括温度采集电路；所述温度采集电路采用单线式数字温度传感器DS18B20，与单片机的P2口相连。

单片机教学实验仪还包括与单片机连接的外部按键电路和液晶显示电路；所述外部按键电路有3个；所述液晶显示电路通过8位数据总线和3根控制线与单片机的P0口和P2口相连。

所述液晶显示电路采用LCD1602模块。

单片机教学实验仪还包括与单片机的P2口连接的报警电路；所述报警电路包括蜂鸣器。

单片机教学实验仪还包括与单片机连接的实时时钟电路；所述实时时钟电路通过SPI总线与单片机的P2口相连。

单片机教学实验仪所述实时时钟电路为DS1302涓流充电时钟芯片。

单片机教学实验仪还包括与单片机的P1口相连的4个流水彩灯电路；所述流水彩灯电路为发光二极管。

单片机教学实验仪还包括与单片机相连的下载电路；所述下载电路采用max232电路将计算机RS232串口的标准信号转化为TTL电平信号。

单片机教学实验仪所述单片机最小系统的开关电源部分、液晶显示电路的对比度调节部分以及下载电路与计算机RS232串口连接部分均设置有线路障碍。

采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：(1)本实用新型以单片机为主控制器，包涵单片机最小系统和温度采集电路，温度采集电路采用单线式数字温度传感器，不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，可以直接将被测的环境温度转化成串行数字信号，通过单线传输给单片机处理，单片机与温度传感器之间仅需一根信号线，电路简单，功耗低，抗干扰能力强。本实用新型可用于单片机外部引脚和内部结构等有关内容的教学，还可以让学生自己动手设计完成一个简单温度监控器，教学内容循序渐进，适于对学生的培养。

(2)本实用新型还包括外部按键电路、液晶显示电路和报警电路，外部按键电路可以进行外部中断的教学；按键和液晶显示模块的设计，则构成了一个典型的人机界面系统。本实用新型可以通过面板按键设置温度范围，当被测环境温度超过设置温度范围时，蜂鸣器能报警提示。理解这些电路模块后，学生可以设计一个高精度的带液晶显示的温度监控器，为单片机项目教学和实训教学提供了一种价格便宜、设计科学、能达到更好教学效果的实验实训仪器。而且本实用新型设计出的带液晶显示的温度监控器测量范围宽、精度高，测量范围为-55～+125℃，在-10～+85℃范围误差为0.5℃，可应用于家庭、医院、化工制造、医药制造等各种场所，具有非常好的实际使用价值。

(3)本实用新型包含的流水彩灯电路可进行各种小型程序设计、定时器等内容的教学。

(4)单片机的程序设计需要专用的仿真器调试，还需要用编程器将调试好的程序代码下载到硬件电路板，因此单片机教学需要专门的经费购置大量的仿真器和编程器；同时教学过程中面对的是大批量的学生，使用不当很容易损坏这些仪器设备，这给教学带来了很大的维护工作量，也提高了教学成本。而本实用新型可以进行在线下载，下载电路采用max232电路将计算机串口RS232标准信号转化为TTL电平信号，程序可以通过串口下载到实验板，不需要另外购买仿真器和编程器，从而大大节省教学成本。

(5)本实用新型在每个应用模块的硬件电路上都专门设置了若干障碍，教学过程中需要学生应用单片机的专业知识进行硬件调试，可以开展硬件调试环节的教学。通过调试，可以加深学生对相关专业知识的理解，通过排除障碍可以使学生加深对单片机相关知识的理解，并培养学生的动手调试能力。

(6)本实用新型可以作为单片机项目教学的实验仪器，在该实验仪上设计了多个典型电路模块项目，每个项目可以设计若干任务，从而完成单片机重要的知识和技能的学习；同时这些典型电路模块应用广泛，如温度模块普遍用于各种温度控制系统(冰箱温度控制、烤箱温度控制、水温控制、机械化工制造场地的温度监控等等)，如时钟模块应用于各种智能家电(洗衣机、电饭煲、冰箱等)，LCD显示则普遍应用于各种人机界面系统，具有很强的实用价值，对学生今后从事设计开发具有很好的引导作用；也可以作为单片机实训课程的教学仪器，学生通过设计调试一个带液晶显示的温度监控器来学习一个智能电子产品开发设计的流程与方法，培养学生电子产品的综合设计、调试能力，养成一定的职业素养。该实验仪的设计兼顾教学和实用，生产加工方便，价格便宜。

(7)本实用新型的多个典型电路模块涉及多种总线方式，其中液晶显示电路为8位数据总线，温度采集电路为单总线，实施时钟电路为SPI总线，这三种总线在技术上各有特点，在教学中具有非常好的代表性和实用性，因此对于学生来说具有非常好的教学价值。

(8)本实用新型的各个典型电路模块之间互不影响，相对独立，使用时可根据不同的培养目标、不同的教学课时选择其中的不同模块设计教学内容，教学通用性、适用性强。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型的原理图。

附图中标号为：

单片机1、温度采集电路2、外部按键电路3、液晶显示电路4、报警电路5、实时时钟电路6、流水彩灯电路7、下载电路8、计算机RS232串口9。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的一种单片机教学实验仪，包括51系列的单片机1及其最小系统、温度采集电路2、外部按键电路3、液晶显示电路4、报警电路5、实时时钟电路6、流水彩灯电路7和下载电路8。

单片机最小系统可用于单片机外部引脚和内部结构等内容的教学，其开关电源部分设置有线路障碍。

温度采集电路2采用单线式数字温度传感器DS18B20，与单片机1的P2.3口相连，精度为0.5摄氏度。

按键电路3有3个，分别与单片机1的INT0、INT1和T0口相连，可进行功能和参数的二级菜单式设置，用于设置当前时间时、分、秒和控制温度范围等参数，可进行外部中断等内容的教学。

液晶显示电路4采用LCD1602模块，通过8位数据总线和3根控制线与单片机1的P0.0～P0.7口和P2.0～P2.2口相连。液晶显示电路4的对比度调节部分设置有线路障碍。常态下液晶第1行屏幕显示当前时间，第2行显示当前温度。

报警电路5包括蜂鸣器，与单片机1的P2.7口连接。当环境温度超过设置温度范围时，可报警。

实时时钟电路6为DS1302涓流充电时钟芯片，通过SPI总线与单片机1的P2.4～2.6口相连。具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力。

流水彩灯电路7为4个发光二极管，分别与单片机1的P1.0～P1.3口相连，单片机1对发光二极管阴极控制，可进行系统测试或定时器、循环程序设计等内容的教学。

下载电路8采用max232电路将计算机RS232串口9的标准信号转化为TTL电平信号。下载电路8与计算机RS232串口9连接部分设置有线路障碍。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单片机教学实验仪，包括51系列的单片机(1)及其最小系统；其特征在于：还包括温度采集电路(2)；所述温度采集电路(2)采用单线式数字温度传感器DS18B20，与单片机(1)的P2口相连。

2.根据权利要求1所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：还包括与单片机(1)连接的外部按键电路(3)和液晶显示电路(4)；所述外部按键电路(3)有3个；所述液晶显示电路(4)通过8位数据总线和3根控制线与单片机(1)的P0口和P2口相连。

3.根据权利要求2所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：所述液晶显示电路(4)采用LCD1602模块。

4.根据权利要求2所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：还包括与单片机(1)的P2口连接的报警电路(5)；所述报警电路(5)包括蜂鸣器。

5.根据权利要求4所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：还包括与单片机(1)连接的实时时钟电路(6)；所述实时时钟电路(6)通过SPI总线与单片机(1)的P2口相连。

6.根据权利要求5所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：所述实时时钟电路(6)为DS1302涓流充电时钟芯片。

7.根据权利要求5所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：还包括与单片机(1)的P1口相连的4个流水彩灯电路(7)；所述流水彩灯电路(7)为发光二极管。

8.根据权利要求7所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：还包括与单片机(1)相连的下载电路(8)；所述下载电路(8)采用max232电路将计算机RS232串口(9)的标准信号转化为TTL电平信号。

9.根据权利要求8所述的一种单片机教学实验仪，其特征在于：所述单片机最小系统的开关电源部分、液晶显示电路(4)的对比度调节部分以及下载电路(8)与计算机RS232串口(9)连接部分均设置有线路障碍。

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