CN202352205U

CN202352205U - 基于mcu的教学实验平台

Info

Publication number: CN202352205U
Application number: CN2011205046323U
Authority: CN
Inventors: 汤云东; 何明华; 樊明辉; 高海云
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2021-12-07

Abstract

本实用新型涉及一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于：所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。本实用新型有利于提高实验者的动手创新能力，便于实验者掌握MCU系统开发的全过程。由于具有双电源供电、双烧写功能、双时钟供电、功能齐全、二次开发能力强、体积小、重量轻、可靠性高等优点，因此有着广阔的应用前景。

Description

基于MCU的教学实验平台

技术领域

本实用新型涉及一种基于MCU的教学实验平台，应用于教学。

背景技术

现有的MCU教学实验平台大多采用固定一款MCU作为实验仿真器，可提供跑马灯，蜂鸣器、按键及显示等功能，仅支持单电源供电及单烧写功能，不能展开接口和综合性实验，功能结构不全，不能满足拓展创新实验的需求，造成资源的浪费，不利于学生全面掌握MCU开发原理，另外现有的开发平台多为试验箱，成本较高，大约三千元以上，本实用新型的成本控制在100元左右，提供的实验功能优于现有通用的实验箱。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于MCU的教学实验平台，旨在解决现有MCU教学实验平台仅支持单电源供电及单烧写功能，实验教学功能简单，成本高，二次开发能力不强等问题。

本实用新型的特征在于：一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于：包括MCU芯片、复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片，所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。

本实用新型的优点：1、实现了USB和适配器的双电源供电，串口和USB双烧写，电源和电池双时钟供电等功能。2、外部资源丰富，在提供全功能教学实验的同时，各种模块及MCU接口均引出，适于教学实验的创新拓展。3、本实用新型电路设计巧妙、结构合理、性能稳定、便于升级、方便制作与实用，并极具便捷性。4、支持51系列、40DIP接口的任何MCU，满足了单片机技术的快速发展，使得本实用新型不会过时，有利于相应新型MCU的教学实验。

本实用新型有利于提高实验者的动手创新能力，便于实验者掌握MCU系统开发的全过程。由于具有双电源供电、双烧写功能、双时钟供电、功能齐全、二次开发能力强、体积小、重量轻、可靠性高等优点，因此有着广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是MCU芯片引脚图。

图3是2个4位共阴极数码管和74HC573锁存模块。

图4是1位共阳极数码管和74HC959串入并出模块。

图5是1602LCD和12864LCD模块。

图6是8X8双色点阵模块。

图7是蜂鸣器模块、继电器模块和步进电机控制模块电路图一。

图8是蜂鸣器模块、继电器模块和步进电机控制模块电路图二。

图9是A/D和D/A模块和串口EEPROM模块。

图10是红外发射模块和温度传感器模块。

图11是3X4矩阵键盘模块和8位独立键盘模块。

图12是串行通信模块。

图13是USB模块。

图14是8个LED发光管模块。

图15是实时时钟模块。

图16是74LS165并入串出与74LS138译码。

图17是PS2与ISP接口。

图18是其余各种短路针。

图19是时钟与复位电路。

图20是电源模块。

具体实施方式

参考图1至图20，一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于：包括MCU芯片、复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片，所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。

具体实施过程：本实用新型提供了供电、烧写程序、通信于一体的USB接口，DB9串口通信线，USB转串口线，从而实现了双电源供电和双烧写功能。其它各模块的功能实现如下:

数码管模块（如图3、图4），包括2个4位共阴极位数码管显示实验和1位共阳极数码管显示实验。2个4位共阴极位数码管共阴极接口通过引出（J16）、数据接口通过74HC573锁存引出（J12），可直接用MCU的I/O口驱动实现静态显示，也可以用74HC138输出接口（图16 J15）连接共阴极接口驱动实现动态显示。通过动静态来显示各种数据，包括按键键值、日期、时间、红外编码值等。1位共阳极数码管接口引出可直接用MCU的I/O口驱动也可以通过74HC595串入并出（JP2连接JP3，图18JP595短接）来驱动。

LCD显示模块（如图5），包括1602显示和12864显示。1602和12864接口均引出，即用即插，节省空间。以MCU的P0口做为显示模块的数据输入，P2.7和P2.6控制显示模块的读写端，并通过可变电位器来调节显示的对比度。1602显示实验可做数字、字符等显示；12864显示实验，可以显示字符、图像、中文等。

双色点阵模块为8X8红绿双色点阵模块（如图6），其接口均引出可由MCU的 I/O口直接驱动或由74HC595（图4）串入并出驱动。通过字模的选取可实现不同颜色字母、中文、图形的显示。

步进电机模块（如图7、图8），MCU的P1口连接74LS14的输入端，并且74LS14输出与达林顿ULN2003D相连接，以ULN2003D来驱动五线四相步进马达。通过编程可实现单双八拍，双四拍及加减速等实验。

继电器模块（如图7、图8），MCU的P1口连接74LS14的输入端，并且74LS14输出与达林顿ULN2003D相连接，通过J2短路针以ULN2003D来驱动继电器。

蜂鸣器模块（如图7、图8），MCU的P1口连接74LS14的输入端，并且74LS14输出与达林顿ULN2003D相连接，通过J8短路针以达林顿ULN2003D来驱动蜂鸣器报警、响铃或产生音乐。

A/D和D/A转换模块（如图9），采用单电源、低功耗的工业级芯片PCF8591P。该芯片同时具有A/D转换和D/A转换的功能，拥有4路模拟输入和1路模拟输出。通过改变与PCF8591P相连接的2个电位器，来改变对应的2段模拟输入，通过观察数码管的数字变化情况来模拟A/D转换实验；通过修改程序中的数字量来实现模拟输出，可观察MCU教学平台上DA处LED的亮度变化。本实用新型采用的工业级芯片，有利于做到教学到应用的转化。

串口EEPROM（如图9），本实用新型采用A24C02芯片，该芯片具有2KB存储空间，为实验过程中的各种参数和数据提供的广阔的存储空间。通过MCU的P2.0和P2.1来控制A24C02的SCL和SDA，通过软件模拟来完成MCU与A24C02的数据传输。

红外通信模块（如图10），进行实验时将J0短路针短接，即将红外接头与MCU的P3.2连接。此时本实用新型即可进行红外控制本实验平台上的各功能模块，包括红外控制数码管、红外控制继电器等。

温度传感器模块（如图10），本使用新型采用DS18B20温度传感器。在将MCU的I/O口与数码管连接在一起后，通过编程来读取数字温度信号，即可在数码管（图3、图4）上显示相应的温度数字。

键盘模块（如图11），分为3X4矩阵键盘和8位独立键盘两部分。各部分接口均引出，实验时将其与8位LED发光管或数码管连接，实现独立按键控制跑马灯形式和读按键键值等实验，亦可通过独立键盘来进行MCU中断系统和定时系统的学习。

串行通信模块（如图12），本实用新型运用MAX232和PL2303芯片来进行MCU的串行通信。实验时，将JTXD和JRXD上各相应的短路针短路，即可实现MCU的串口通信。并提供了USB通信（如图13），在USB通信口，本使用新型提供了供电、烧程序、通信和仿真于一体的接口，无需电源线。

发光管模块（如图14），8个LED发光管接口均引出，可用排线将其连接到MCU的I/O接口拓展槽或通过74HC595串入并出（图4）来驱动（即将相应的LED发光管接口连接到74HC595的输出端）。通过对MCU的编程可实现8个LED各种形式的点亮方式。

实时时钟模块（如图15），本实用新型采用DS1302时钟芯片。以MCU的P35作为时钟芯片的片选，P36作为时钟信号。实验时将图18中JP1302短路针短接，即DS1302与MCU的P34口连接。通过编程模拟DS1302的工作，即可通过数码管（图3、图4）来显示实时时钟。

ISP和PS2接口（如图17），ISP功能模块使得本使用新型可通过电脑直接烧录程序，无需另外购买烧录器和仿真器，方便了本使用新型的使用，极具便捷性。PS2模块使用中根据应用实例用跳线将J10中两端口分别于MCU的I/O连接，并连接数码管（图3），即可实现数码管显示键盘的键值。通过PS2把电脑键盘与MCU连接，通过获得大量的输入按钮，使此板的功能更进一步的强大。

除上诉各个模块独立功能外，本实用新型还能进行综合性的实验，具有良好的二次开发的能力。例如：红外控制步进电机、温度监测系统等。以上所述仅为本实用新型的个功能模块的实现方式，不应作为限制本实用新型。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims

1.一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于：包括MCU芯片、复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片，所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。

2.根据权利要求1所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于：所述的数码管模块包括2个4位共阴极位数码管显示和1位共阳极数码管显示。

3.根据权利要求1所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于：所述LCD显示模块包括1602显示和12864显示。

4.根据权利要求1所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于：所述双色点阵模块为8X8红绿双色点阵模块。

5.根据权利要求1所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于：所述键盘模块分为3X4矩阵键盘和8位独立键盘两部分。

6.根据权利要求1所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于：所述串行通信模块采用MAX232和PL2303芯片进行MCU串行通信。