CN203490882U - 智能仪表实验教学系统 - Google Patents

Abstract

一种智能仪表实验教学系统，包括：单片机芯片、用于承载单片机芯片的底座、程序下载接口、串行通信端口、键盘、A/D转换器、D/A转换器、显示单元、数字温度传感器、数字湿度传感器、看门狗定时器、电可擦数据存储器、单片机扩展接口，所述单片机芯片通过底座与程序下载接口、串行通信端口、键盘、A/D转换器、D/A转换器、显示单元、数字温度传感器、数字湿度传感器、看门狗定时器、电可擦数据存储器、单片机扩展接口固定连接。所述智能仪表实验教学系统成本低、功能全、可扩展，使用灵活。

Description

智能仪表实验教学系统

技术领域

本实用新型涉及教学系统，尤其涉及一种智能仪表实验教学系统。

背景技术

随着技术的发展和应用的需求，单片机向更高速度、更低功耗、更高位数发展，基本型51单片机已经无法满足高端应用的需求。但51单片机以其适合入门，结构经典仍然是初学者的首选，目前高校的微控制器教学一般还选用51单片机或是其兼容机。智能仪表设计类课程是高校电子类专业的核心专业课程，该课程要求学生要有模拟、数字电子线路设计，控制理论，信号处理及微控制器应用等基础，且该课程一般设置为51单片机的后继课程，大部分学生往往只具备51单片机的基本应用能力，故智能仪表设计教学需要以51单片机为基础，开发仪表设计相关的实验内容。

目前市场上缺少以51单片机为基础，专为智能仪表设计的实验教学系统。通用的51单片机实验平台仅可完成部分实验，因此迫切需要一款低成本、功能全、可扩展，使用灵活的智能仪表专用实验教学系统。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种智能仪表实验教学系统，成本低、功能全、可扩展、使用灵活。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种智能仪表实验教学系统，其特征在于，包括：单片机芯片、用于承载单片机芯片的底座、程序下载接口、串行通信端口、键盘、A/D转换器、D/A转换器、显示单元、数字温度传感器、数字湿度传感器、看门狗定时器、电可擦数据存储器、单片机扩展接口，所述单片机芯片通过底座与程序下载接口、串行通信端口、键盘、A/D转换器、D/A转换器、显示单元、数字温度传感器、数字湿度传感器、看门狗定时器、电可擦数据存储器、单片机扩展接口固定连接。

可选的，还包括：时钟日历芯片、带隔离的数字量输入输出接口、继电器，所述单片机芯片通过底座的单片机扩展接口与所述时钟日历芯片、带隔离的数字量输入输出接口、继电器电气连接。

可选的，还包括：电流环信号发生器和电流环信号接收器，所述电流环信号发生器与D/A转换器相连接，且利用所述电流环信号发生器、D/A转换器将单片机芯片中的数字信号转化为电流环信号，所述电流环信号接收器与A/D转换器相连接，且利用所述电流环信号接收器、A/D转换器将外部的电流环信号转化为数字信号。

可选的，还包括外部电源，所述外部电源与底座的电源接口相连接。

可选的，所述外部电源为USB电源或实验室稳压电源。

可选的，所述显示单元为共阴极数码管、条形液晶屏、段式液晶屏、带字库液晶屏其中的一种或几种。

可选的，所述程序下载接口为ISP下载接口。

可选的，所述A/D转换器为8路并行A/D转换器，所述D/A转换器为12位串行双极性D/A转换器。

可选的，所述看门狗定时器、电可擦数据存储器为X5045看门狗芯片。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

所述智能仪表实验教学系统包括显示单元、数字温度传感器、数字湿度传感器等元件，有利于进行LCD显示、温湿度采集实验等实验，且所述智能仪表实验教学系统还包括单片机扩展接口，容易扩展，从而能很容易地实现智能仪表的其它常用实验，使用灵活。

附图说明

图1和图2是本实用新型的智能仪表实验教学系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。

请参考图1，为本实用新型的一种智能仪表实验教学系统的结构示意图，包括：单片机芯片10、用于承载单片机芯片的底座（未图示）、程序下载接口11、串行通信端口12、键盘13、A/D转换器14、D/A转换器15、显示单元16、数字温度传感器17、数字湿度传感器18、看门狗定时器19、电可擦数据存储器20、单片机扩展接口21，所述单片机芯片10通过底座与程序下载接口11、串行通信端口12、键盘13、A/D转换器14、D/A转换器15、显示单元16、数字温度传感器17、数字湿度传感器18、看门狗定时器19、电可擦数据存储器20、单片机扩展接口21电气连接。

所述单片机芯片10为MCS-51单片机芯片，所述单片机芯片通过底座与其它电路相连接。在本实施例中，所述单片机芯片为40引脚，所述智能仪表实验教学系统适用于51单片机核心的所有40引脚单片机芯片和仿真器。在其他实施例中，所述单片机芯片也可以具有其它数量的引脚。

所述程序下载接口11为ISP（In-System Programming，在线编程）下载接口，利用所述ISP下载接口给单片机芯片写入或者擦除程序，。

在本实施例中，所述串行通信端口12为RS232串行端口和RS485串行端口，RS232串行端口、RS485串行端口共用单片机的串行口信号线RXD（Receive Data，接受数据）与TXD（Transmit Data，发送数据），由跳线选择采用哪种串行通信方式。所述RS232串行通信采用RS232收发芯片MAX232，RS485串行通信采用RS485收发芯片MAX485，其中，MAX485的发送接收使能由串行发送信号线通过逻辑转换自动控制。所述串行通信端口12可用于进行RS232和RS485串行通信实验。

所述显示单元16包括共阴极数码管、条形液晶屏、段式液晶屏、带字库液晶屏等其中的一种或几种。在本实施例中，所述智能仪表实验教学系统包括四种显示结构，分别为共阴极数码管、条形液晶屏、段式液晶屏和带字库液晶屏。所述条形液晶屏为1602条形液晶屏，可以同时显示16*02个字符。所述段式液晶屏为0801段式液晶屏，可以同时显示08*01个字符，且所述0801段式液晶屏的功耗较低。所述带字库液晶屏为128*64像素的液晶屏，所述128*64的液晶屏能显示图形，且带有字库，只需要输入代码就能显示相应汉字，响应速度快。在本实施例中，所述共阴极数码管、带字库液晶屏通过底座与单片机芯片固定连接，所述条形液晶屏、段式液晶屏通过单片机扩展接口21与单片机芯片10电气连接。在其他实施例中，所述共阴极数码管、带字库液晶屏、条形液晶屏、段式液晶屏可以根据需要选择直接通过底座与单片机芯片固定连接，还是通过单片机扩展接口与单片机芯片电学连接。

在本实施例中，所述键盘13、共阴极数码管通过键盘显示接口芯片（未图示）与单片机芯片电学连接，可以进行键盘显示实验。所述键盘显示接口芯片为HD7279显示驱动芯片，可管理64个按键与8位共阴极数码管或64个LED发光二极管。所述键盘为4*4键盘，所述共阴极数码管为8位共阴极数码管，体积较小，有利于减小智能仪表实验教学系统的电路板面积。

在本实施例中，所述A/D转换器14为8通道并行A/D转换器，所述A/D转换器芯片为ADC0809芯片，其时钟信号CLK采用双D触发器对单片机地址锁存使能信号ALE进行4分频，在12MHZ时钟下，时钟信号为500KHZ，小于ADC0809芯片的时钟信号上限640KHZ。ADC0809芯片的A/D转换通道由代码选择，其中0通道和1通道固定连接，其余6个通道可以由用户选择配置。

在本实施例中，D/A转换器15为双极性串行D/A转换器，所述D/A转换器芯片为MAX531芯片，在单电源+5V供电下，可产生0～4.096V模拟量输出，在双电源±5V供电情况下，可产生-2.048～2.047V的模拟量输出，两种极性输出需要通过跳线选择BIPOFF（极性调节线）引脚的电平。

所述数字温度传感器17用于获得实验环境的温度数据，所述数字湿度传感器18用于获得实验环境的湿度数据。在本实施例中，所述数字温度传感器17为DS18B20，所述数字湿度传感器为DHT11，利用所述数字温度传感器17和数字湿度传感器18可以进行温湿度采集实验。

在本实施例中，所述看门狗定时器19、电可擦数据存储器20集成在同一个芯片X5045中，所述X5045芯片具有上电复位控制、看门狗定时器、电源电压检测及512字节电可擦数据存储器四大功能，利用所述X5045芯片进行电可擦数据存储器读写实验。在其他实施例中，所述看门狗定时器、电可擦数据存储器也可以采用不同的芯片。

在本实施例中，所述系统电路板上还固定连接有单片机扩展接口21，所述单片机扩展接口21与单片机芯片相连接，外部扩展电路或外部扩展结构可以通过所述单片机扩展接口21与单片机芯片10电学连接，从而扩展所述智能仪表实验教学系统的实验种类。

在本实施例中，所述智能仪表实验教学系统所需的电源电压为5V，利用外部电源（未图示）为所述智能仪表实验教学系统提供电源。所述外部电源为USB电源或实验室稳压电源。所述USB电源可以为所述智能仪表实验教学系统直接提供+5V电源，所述实验室稳压电源提供±12V电源，且通过三端稳压器转换后为智能仪表实验教学系统提供±5V的电源。

请参考图2，为本实用新型的另一种智能仪表实验教学系统的结构示意图，不仅包括单片机芯片10、用于承载单片机芯片的底座、程序下载接口11、串行通信端口12、键盘13、A/D转换器14、D/A转换器15、显示单元16、数字温度传感器17、数字湿度传感器18、看门狗定时器19、电可擦数据存储器20、单片机扩展接口21，还包括时钟日历芯片22、带隔离的数字量输入输出接口23、继电器24、电流环信号发生器25和电流环信号接收器26。

所述时钟日历芯片22、带隔离的数字量输入输出接口23、继电器24通过单片机扩展接口21与单片机芯片10电学连接。

在本实施例中，所述时钟日历芯片22为DS1302芯片，所述时钟日历芯片22用于进行实时时钟实验。

所述带隔离的数字量输入输出接口23分别有4路输入和4路输出，采用光电耦合器将单片机与外部隔离，有利于消除干扰对单片机的影响。所述继电器24采用光电耦合器隔离单片机与外部电路，并采用三极管增加驱动能力，所述继电器24的常开常闭触点留有接口，以方便驱动外接电路,。所述带隔离的数字量输入输出接口23和继电器24用于进行数字量输入输出及继电器实验。

在本实施例中，所述电流环信号发生器25为4-20mA电流环信号发生电路，所采用的芯片为XTR115芯片，具有反向电压和瞬态高压保护功能。所述电流环信号发生器25与D/A转换器15相连接，利用所述电流环信号发生器25、D/A转换器15将单片机芯片中的数字信号转化为电流环信号，输入电压V与输出电流I关系满足I=3.2*V+4，输出电流单位为mA，输入电压单位为V。

所述电流环信号接收器26与A/D转换器14相连接，且利用所述电流环信号接收器26、A/D转换器14将外部的电流环信号转化为数字信号。所述电流环信号接收器26采用V=I*R形式，在电流环上连接250欧姆的采样电阻，并采用电压跟随器减小输出阻抗，在输出端得到1～5V的电压。利用所述电流环信号发生器25和电流环信号接收器26可以进行4-20mA电流环实验。

在其他实施例中，所述智能仪表实验教学系统还可以在所述单片机的带隔离的数字量输出接口连接外部扩展步进电机及直流电机驱动电路，进行电机驱动实验。

在其他实施例中，所述智能仪表实验教学系统还可以在A/D转换器连接外部称重传感器，在所述带隔离的数字量输出接口扩展多路继电器电路，进行配料控制仪实验。

在其他实施例中，所述智能仪表实验教学系统还可以在所述单片机扩展接口连接信号发生器，进行简易频率计实验。

在其他实施例中，所述智能仪表实验教学系统还可以在所述继电器连接外接功率电阻及电源风扇，进行基于PID（proportion integral derivative，比例/积分/微分控制器）的简易温度控制系统实验。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能仪表实验教学系统，其特征在于，包括：单片机芯片、用于承载单片机芯片的底座、程序下载接口、串行通信端口、键盘、A/D转换器、D/A转换器、显示单元、数字温度传感器、数字湿度传感器、看门狗定时器、电可擦数据存储器、单片机扩展接口，

所述单片机芯片通过底座与程序下载接口、串行通信端口、键盘、A/D转换器、D/A转换器、显示单元、数字温度传感器、数字湿度传感器、看门狗定时器、电可擦数据存储器、单片机扩展接口固定连接。

2.根据权利要求1所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，还包括：时钟日历芯片、带隔离的数字量输入输出接口、继电器，所述单片机芯片通过底座的单片机扩展接口与所述时钟日历芯片、带隔离的数字量输入输出接口、继电器电气连接。

3.根据权利要求1所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，还包括：电流环信号发生器和电流环信号接收器，所述电流环信号发生器与D/A转换器相连接，且利用所述电流环信号发生器、D/A转换器将单片机芯片中的数字信号转化为电流环信号，所述电流环信号接收器与A/D转换器相连接，且利用所述电流环信号接收器、A/D转换器将外部的电流环信号转化为数字信号。

4.根据权利要求1所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，还包括外部电源，所述外部电源与底座的电源接口相连接。

5.根据权利要求4所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，所述外部电源为USB电源或实验室稳压电源。

6.根据权利要求1所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，所述显示单元为共阴极数码管、条形液晶屏、段式液晶屏、带字库液晶屏其中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，所述程序下载接口为ISP下载接口。

8.根据权利要求1所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，所述A/D转换器为8路并行A/D转换器，所述D/A转换器为12位串行双极性D/A转换器。

9.根据权利要求1所述的智能仪表实验教学系统，其特征在于，所述看门狗定时器、电可擦数据存储器为X5045看门狗芯片。

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