CN202331907U

CN202331907U - 一种单片机教学实验装置

Info

Publication number: CN202331907U
Application number: CN 201120449865
Authority: CN
Inventors: 魏彩乔; 王晓光; 康会峰
Original assignee: North China Institute of Aerospace Engineering
Current assignee: North China Institute of Aerospace Engineering
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-11

Abstract

本实用新型涉及一种用于电类、机电类、数控类、机械自动化类和测控类专业的单片机实验教学演示装置技术领域，特别涉及一种单片机教学实验装置。包括箱体，箱体上设置有升降旗模拟机构和控制系统，所述的升降旗模拟机构包括有安装在箱体面板上的步进电机，步进电机输出轴上安装有主动同步带轮，控制系统包括设置在箱体上的开关电源、步进电机驱动器、扬声器、控制电路板、升旗按钮、降旗按钮和拨码开关，控制电路板中设置有国歌芯片。其利用单片机控制并采用国歌芯片，能够模拟自动升旗、降旗和升降半旗等过程，通过该装置使学生更好的掌握单片机课中有关定时器、中断和步进电机控制等内容，其直观、易于操作、搬运方便。

Description

一种单片机教学实验装置

技术领域：

本实用新型涉及一种用于电类、机电类、数控类、机械自动化类和测控类专业的单片机实验教学演示装置技术领域，特别涉及一种单片机教学实验装置。

背景技术：

目前，一些高校在开设单片机原理及应用课程理论教学的同时，需要让学生学会真正实际运用好单片机，在单片机教学中让学生接触到诸多的实控对象，引导学生动手制作单片机相关项目，可以让学生在实践中加深对理论知识的理解。现有技术中，常用的单片机教学实验装置、实训系统，其采用在一个实验箱上集成了几十个实验，这会使初学单片机的学生对于复杂的电路产生内心的恐惧，不敢动手操作，由于大部分实验箱是用开关和LED灯来模拟现场，直观性和趣味性较差，实验装备基本上处于固定状态，不易拆卸和搬运或者拆卸之后不能独立使用。

发明内容：

本实用新型的目的是针对现有单片机实验教学中所存在的问题，而提供一种单片机教学实验装置，其采用国歌芯片播放国歌，以单片机为控制核心，实现了自动升旗、降旗、升降半旗，有效解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：所述的一种单片机教学实验装置，包括箱体，其特点在于：所述的箱体上设置有升降旗模拟机构和控制系统，所述的升降旗模拟机构包括有安装在箱体面板上的步进电机，步进电机输出轴上安装有主动同步带轮，主动同步带轮通过同步带与从动同步带轮对应相连，从动同步带轮通过转轴和轴承安装在箱体面板上，同步带外侧设置有旗帜，上限位霍尔传感器通过上限位传感器支架安装在从动同步带轮一侧的箱体面板上，下限位霍尔传感器通过下限位传感器支架安装在主动同步带轮一侧的箱体面板上，与下限位霍尔传感器对应的同步带外侧设置有磁片；控制系统包括设置在箱体上的开关电源、步进电机驱动器、扬声器、控制电路板、升旗按钮、降旗按钮和拨码开关，控制电路板中设置有国歌芯片，开关电源的输入端接220V电压，开关电源的+24V电源输出与步进电机驱动器相连，开关电源的+5V电源输出分别与单片机、上限位霍尔传感器和下限位霍尔传感器相连，步进电机驱动器的PLUS+引脚和DIR+引脚与单片机的VCC引脚相连，单片机的P1.6引脚通过电阻R1与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与步进电机驱动器的PLUS-引脚相连，三极管Q1的发射极与单片机的GND引脚相连，单片机的P1.7引脚通过电阻R2与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极与步进电机驱动器的DIR-引脚相连，三极管Q2的发射极与单片机的GND引脚相连，步进电机驱动器与步进电机相连；上限位霍尔传感器的OUT引脚和下限位霍尔传感器的OUT引脚和与门的两个输入引脚相连，与门的输出端引脚和单片机的P3.2引脚相连，扬声器与国歌芯片的PWM2和PWM1引脚相连，升旗按钮一端和单片机的VCC引脚相连，升旗按钮另一端和国歌芯片的PRA1引脚相连，降旗按钮一端和单片机的VCC引脚相连，降旗按钮另一端和国歌芯片的PRA2引脚相连，拨码开关中间引脚和单片机的P1.0引脚相连，拨码开关的ON端通过电阻R4与单片机的VCC引脚相连，拨码开关的OFF端与单片机的GND引脚相连，国歌芯片的PRB0引脚与单片机的P1.1引脚相连，国歌芯片的PRB1引脚与单片机的P1.2引脚相连，国歌芯片的PRB0引脚和PRB1引脚连接到或非门的两个输入端引脚，或非门的输出端引脚连接单片机的P3.3引脚，国歌芯片的GND1引脚、GND2引脚、PRA0引脚和单片机的GND引脚相连，国歌芯片的OSC引脚通过电阻R3和单片机的VCC引脚相连，国歌芯片的VDD1引脚、VDD2引脚和单片机的VCC引脚相连。

所述的从动同步带轮通过紧定螺钉与转轴相连，转轴上端的轴承设置在轴承座内，轴承座通过螺栓与箱体相连。

所述的箱体上部设置有手柄。所述的单片机型号为STC89C52RC。国歌芯片的型号为PJ9948E。

本实用新型通过上述技术方案，存在如下效果：所述的一种单片机教学实验装置，其利用单片机控制并采用国歌芯片，能够模拟自动升旗、降旗和升降半旗等过程，通过该装置使学生更好的掌握单片机课中有关定时器、中断和步进电机控制等内容，其直观、易于操作、搬运方便。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构原理示意图；

图2是本实用新型的图1中的A-A处剖视结构示意图；

图3是本实用新型的控制系统原理图。

图中所示：1、箱体；2、开关电源；3、步进电机驱动器；4、扬声器；5、控制电路板；6、升旗按钮；7、降旗按钮；8、拨码开关；9、手柄；10、上限位传感器支架；11、上限位霍尔传感器；12、轴承座；13、从动同步带轮；14、旗帜；15、同步带；16、主动同步带轮；17、磁片；18、下限位霍尔传感器；19、下限位传感器支架；20、步进电机；21、转轴；22、轴承；23、紧定螺钉24、螺栓；25、国歌芯片；26、与门；27、或非门；28、单片机。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述

如图1、2、3所示，所述的一种单片机教学实验装置，包括箱体1，其特点在于：所述的箱体1上设置有升降旗模拟机构和控制系统，所述的升降旗模拟机构包括有安装在箱体面板上的步进电机20，步进电机20输出轴上安装有主动同步带轮16，主动同步带轮16通过同步带15与从动同步带轮13对应相连，从动同步带轮13通过转轴21和轴承安装在箱体面板上，同步带15外侧设置有旗帜14，上限位霍尔传感器11通过上限位传感器支架10安装在从动同步带轮13一侧的箱体面板上，下限位霍尔传感器18通过下限位传感器19支架安装在主动同步带轮16一侧的箱体面板上，与下限位霍尔传感器18对应的同步带15外侧设置有磁片17；控制系统包括设置在箱体1上的开关电源2、步进电机驱动器3、扬声器4、控制电路板5、升旗按钮6、降旗按钮7和拨码开关8，控制电路板5中设置有国歌芯片25，开关电源2的输入端接220V电压，开关电源2的+24V电源输出与步进电机驱动器3相连，开关电源2的+5V电源输出分别与单片机28、上限位霍尔传感器11和下限位霍尔传感器18相连，步进电机驱动器3的PLUS+引脚和DIR+引脚与单片机28的VCC引脚相连，单片机28的P1.6引脚通过电阻R1与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与步进电机驱动器3的PLUS-引脚相连，三极管Q1的发射极与单片机28的GND引脚相连，单片机28的P1.7引脚通过电阻R2与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极与步进电机驱动器3的DIR-引脚相连，三极管Q2的发射极与单片机28的GND引脚相连，步进电机驱动器3与步进电机20相连；上限位霍尔传感器11的OUT引脚和下限位霍尔传感器18的OUT引脚和与门26的两个输入引脚相连，与门26的输出端引脚和单片机28的P3.2引脚相连，扬声器4与国歌芯片25的PWM2和PWM1引脚相连，升旗按钮6一端和单片机28的VCC引脚相连，升旗按钮6另一端和国歌芯片25的PRA1引脚相连，降旗按钮7一端和单片机28的VCC引脚相连，降旗按钮7另一端和国歌芯片25的PRA2引脚相连，拨码开关8中间引脚和单片机28的P1.0引脚相连，拨码开关8的ON端通过电阻R4与单片机28的VCC引脚相连，拨码开关8的OFF端与单片机28的GND引脚相连，国歌芯片25的PRB0引脚与单片机28的P1.1引脚相连，国歌芯片25的PRB1引脚与单片机28的P1.2引脚相连，国歌芯片25的PRB0引脚和PRB1引脚连接到或非门27的两个输入端引脚，或非门27的输出端引脚连接单片机28的P3.3引脚，国歌芯片25的GND1引脚、GND2引脚、PRA0引脚和单片机28的GND引脚相连，国歌芯片25的OSC引脚通过电阻R3和单片机28的VCC引脚相连，国歌芯片25的VDD1引脚、VDD2引脚和单片机28的VCC引脚相连。

所述的从动同步带轮13通过紧定螺钉23与转轴21相连，转轴21上端的轴承22设置在轴承座12内，轴承座12通过螺栓24与箱体1相连。所述的箱体1上部设置有手柄9。所述的单片机28型号为STC89C52RC，支持RS232串口在线编程。国歌芯片25的型号为PJ9948E。

所述的一种单片机教学实验装置，其实施时，连接各器件，在两个同步带轮之间设置上限位置和下限位置，并测量上限位和下限位之间的距离作为升旗高度，由于国歌播放时间是43秒，编程时就要根据升旗高度、同步带轮16的节圆直径、步进电机20的步距角和步进电机驱动器3设置的细分数计算出发给步进电机驱动器3的脉冲信号频率和总脉冲数，以保证国歌播送完成时，旗帜14正好停在上限位置。将上限位传感器11设置在高于上限位5mm的位置，将下限位传感器18设置在低于下限位5mm的位置，当旗帜14高于上限位或低于下限位时，单片机28的外部中断0就会被触发，控制步进电机停止运转。将程序通过串口下载到单片机28，接通电源，将拨码开关8拨到OFF位置，按一下升旗按钮6，扬声器播放国歌，同时国歌芯片的PRB0引脚输出高电平，通过或非门触发单片机28响应外部中断1，控制步进电机20逆时针转，旗帜上升，国歌停时，旗帜14上升到上限位置，电机停转。按一下降旗按钮7，步进电机顺时针转，旗帜14下降到下限位置时停。需要升半旗时，需要将拨码开关8拨到ON位置，按一下升旗按钮6，旗帜先升到上限位，国歌停，然后降到升旗高度的2/3位置处停止，需要降半旗时，需要将拨码开关8拨到ON位置，按一下降旗按钮7，旗帜先从高度的2/3位置处升到上限位，然后降到下限位。

磁片17和上限位传感器11以及下限位传感器18的作用是为了防止旗帜14行程超越极限位置，升旗时，由时间控制旗帜14上升到上限位时停止，如果没停，则当同步带上的磁片与下限位传感器18接近时产生中断信号，在中断服务程序中强制步进电机20停止；降旗时，由时间控制旗帜14到下限位时停止，如果没停，则当同步带上的磁片与上限位传感器11接近时产生中断信号，在中断服务程序中强制步进电机20停止。

Claims

1.一种单片机教学实验装置，包括箱体，其特征在于：所述的箱体上设置有升降旗模拟机构和控制系统，所述的升降旗模拟机构包括有安装在箱体面板上的步进电机，步进电机输出轴上安装有主动同步带轮，主动同步带轮通过同步带与从动同步带轮对应相连，从动同步带轮通过转轴和轴承安装在箱体面板上，同步带外侧设置有旗帜，上限位霍尔传感器通过上限位传感器支架安装在从动同步带轮一侧的箱体面板上，下限位霍尔传感器通过下限位传感器支架安装在主动同步带轮一侧的箱体面板上，与下限位霍尔传感器对应的同步带外侧设置有磁片；控制系统包括设置在箱体上的开关电源、步进电机驱动器、扬声器、控制电路板、升旗按钮、降旗按钮和拨码开关，控制电路板中设置有国歌芯片，开关电源的输入端接220V电压，开关电源的+24V电源输出与步进电机驱动器相连，开关电源的+5V电源输出分别与单片机、上限位霍尔传感器和下限位霍尔传感器相连，步进电机驱动器的PLUS+引脚和DIR+引脚与单片机的VCC引脚相连，单片机的P1.6引脚通过电阻R1与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与步进电机驱动器的PLUS-引脚相连，三极管Q1的发射极与单片机的GND引脚相连，单片机的P1.7引脚通过电阻R2与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极与步进电机驱动器的DIR-引脚相连，三极管Q2的发射极与单片机的GND引脚相连，步进电机驱动器与步进电机相连；上限位霍尔传感器的OUT引脚和下限位霍尔传感器的OUT引脚和与门的两个输入引脚相连，与门的输出端引脚和单片机的P3.2引脚相连，扬声器与国歌芯片的PWM2和PWM1引脚相连，升旗按钮一端和单片机的VCC引脚相连，升旗按钮另一端和国歌芯片的PRA1引脚相连，降旗按钮一端和单片机的VCC引脚相连，降旗按钮另一端和国歌芯片的PRA2引脚相连，拨码开关中间引脚和单片机的P1.0引脚相连，拨码开关的ON端通过电阻R4与单片机的VCC引脚相连，拨码开关的OFF端与单片机的GND引脚相连，国歌芯片的PRB0引脚与单片机的P1.1引脚相连，国歌芯片的PRB1引脚与单片机的P1.2引脚相连，国歌芯片的PRB0引脚和PRB1引脚连接到或非门的两个输入端引脚，或非门的输出端引脚连接单片机的P3.3引脚，国歌芯片的GND1引脚、GND2引脚、PRA0引脚和单片机的GND引脚相连，国歌芯片的OSC引脚通过电阻R3和单片机的VCC引脚相连，国歌芯片的VDD1引脚、VDD2引脚和单片机的VCC引脚相连。

2.如权利要求1所述的一种单片机教学实验装置，其特征在于：所述的从动同步带轮通过紧定螺钉与转轴相连，转轴上端的轴承设置在轴承座内，轴承座通过螺栓与箱体相连。

3.如权利要求1所述的一种单片机教学实验装置，其特征在于：所述的箱体上部设置有手柄。

4.如权利要求1所述的一种单片机教学实验装置，其特征在于：所述的单片机型号为STC89C52RC。

5.如权利要求1所述的一种单片机教学实验装置，其特征在于：所述的国歌芯片的型号为PJ9948E。