CN206921354U - 一种单片机实践教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单片机实践教学装置，包括主机模块、电源模块、仿真器模块、显示模块、继电器模块、指令模块、ADC/DAC模块、交直流电机控制模块、步进电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置。本实用新型使学生入门容易，简洁，采用简单易懂的版面设计，从最基本的知识开始就让学生无缝地切入学习，大部分的模块在保证安全的前提下反面是镂空的，使得学生一目了然看到，并可以触摸到，让学生深知，感性认识的重要性；本实用新型采用模块化设计，将模块间相互联系，对可能性，功能性做了综合考虑，同时根据用户的需要可设计出自己的实验项目，特别设计了多达几十种的实训。

Description

一种单片机实践教学装置

技术领域

本实用新型属于单片机教学领域，尤其涉及一种单片机实践教学装置。

背景技术

目前，单片机技术是一门强调实践性、应用性的课程，旨在重点培养学生分析问题、解决问题的能力，但进行这门课程的教学与实践不是一件容易的事情，长期以来关于如何进行单片机课程的教学实践改革一直困扰着教师，如何进行科学、合理地教学也一直是单片机教学、实验人员研究的课题。现有的单片机教学仪器大多还是传统的实验箱，功能单一，系统性、完整性、真实性、趣味性比较差，不利于培养学生系统性学习和掌握单片机知识和应用能力，不能调动学生学习单片机的积极性，更谈不上发挥学生的学习主动性。

现有的模块化教学实践模块在程序的读写上大多采用串口方式，而现在的电脑的接口大多采用 USB 接口方式，串口方式程序的读写不是很方便，而且也不太通用。目前，单片机教学开发板，一般分为简易型和多功能型，简易型一般以教学演示为例，功能相对简单，多功能单片机开发板，将多种功能集于一体，虽然采用了贴片元件后体积减小了，便于携带了，但对于初学者在学习单片机时，不容易掌握其硬件架构，对单片机硬件系统究竟采用了什么元件以及各元件的认识不能提供很好的帮助，在学生进行单片机设计和调试过程中由于与不相干的硬件集于一体，不利于问题的查找，不能突出单片机教学实践活动的重点和要点。当单片机需要开发新的功能时，由于硬件相对固定，扩展模块比较少，单片机外围资源可以利用的相对比较少，想增加一些新的功能会受到已有硬件的限制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种单片机实践教学装置，旨在解决现有的单片机实践教学系统不能将多功能模块单独设置，拆卸不方便，不能长期使用，不方便与计算机的连接通信，不能使学生一目了然看到，并可以触摸到等问题。

一种单片机实践教学装置，该单片机实践教学装置包括主机模块、电源模块、仿真器模块、显示模块、继电器模块、指令模块、ADC/DAC模块、交直流电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置；

所述主机模块包括单片机芯片和单片机多功能接口，

电源模块包括电源连接装置、蓄电装置和继电保护装置，电源连接装置包括线性电源连接装置和开关电源连接装置，线性电源连接装置与单片机芯片连接，开关电源连接装置与交直流电机控制模块和步进电机控制模块连接，继电保护装置包括漏电保护开关；

仿真器模块包括单片机仿真器，单片机仿真器与主机模块连接；

显示模块包括显示元件LED发光二极管、显示屏，显示屏与主机模块连接；

继电器模块包括继电器，继电器与交直流电机控制模块和步进电机控制模块连接；

指令模块包括多路键盘接口，多路键盘接口与主机模块连接；

ADC/DAC模块包括ADC转换芯片和DAC转换芯片，ADC转换芯片和DAC转换芯片均与主机模块连接；

交直流电机控制模块包括直流减速电机、交流减速电机和控制电机超程的保护输入端口，直流减速电机和交流减速电机的转盘下面均设置有光电开关计数器，交直流电机控制模块与主机模块连接；

传感器配接模块包括多路传感器接口，多路传感器接口与温度传感器模块连接；

扩展模块包括扩展芯片，扩展芯片交通灯指示器、信号源发生器、电子密码锁；

温度传感器模块包括芯片型温度传感器，

智能物料搬运装置包括双轴机器人、行程开关、光电传感器、光纤传感器、行程保护器；行程开关、光电传感器、光纤传感器、行程保护器均与双轴机器人连接；

所述电源模块、仿真器模块、显示模块、继电器模块、指令模块、ADC/DAC模块、交直流电机控制模块、步进电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置均与主机模块连接。

进一步，所述芯片型温度传感器包括数字量温度传感器和模拟量温度传感器，模拟量温度传感器设置有有运算放大器，温度传感器模块还包括透明外壳、外壳内的加热电阻和外壳上的加热指示器。

进一步，所述的电源连接装置包括至少一个连接外部电源的电源输入电路和至少一个连接负载的负载输出电路。

进一步，所述的蓄电装置包括连接蓄电池的蓄电池充放电电路。

进一步，所述单片机实践教学装置还包括基板、金属布线、封装树脂、涂布部件，所述金属布线设在所述基板上且具有覆盖的封装树脂，所述的涂布部件覆盖金属布线，所述封装树脂覆盖涂布部件

技术效果

本实用新型有利于学生理解和掌握单片机的硬件组成，方便了学生进行单片机的设计、调试工作，便于查找问题，突出单片机设计与开发的重点和要点，

本实用新型使学生入门容易，简洁，采用简单易懂的版面设计，从最基本的知识开始就让学生无缝地切入学习，大部分的模块在保证安全的前提下反面是镂空的，使得学生一目了然看到，并可以触摸到，让学生深知，感性认识的重要性；

本实用新型符合人体工学，美观而舒适：采用模块平放结构，使得视线趋于自然向下，如同平时读书写字，靠近用户侧又略带倾斜，使得操作时更加方便，同时抬头时视线使得毫无遮挡，可以方便地听讲，老师亦可观察实验情况；

本实用新型采用模块化设计，将模块间相互联系，对可能性，功能性做了综合考虑，提供经典实训项目，同时根据用户的需要可设计出自己的实验项目。

本实用新型贴近实际，易于拓展，在深知教学与实际生产结合的重要性。特别设计了多达几十种的实训。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的单片机实践教学装置的结构示意图；

图中：1、主机模块；2、电源模块；3、仿真器模块；4、显示模块；5、继电器模块；6、指令模块；7、ADC/DAC模块；8、交直流电机控制模块；9、传感器配接模块；10、扩展模块；11、温度传感器模块；12、智能物料搬运装置。

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。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。

一种单片机实践教学装置，该单片机实践教学装置包括主机模块1、电源模块2、仿真器模块3、显示模块4、继电器模块5、指令模块6、ADC/DAC模块7、交直流电机控制模块8、传感器配接模块9、扩展模块10、温度传感器模块11、智能物料搬运装置12；

所述主机模块1包括单片机芯片和单片机多功能接口，

电源模块2包括电源连接装置、蓄电装置和继电保护装置，电源连接装置包括线性电源连接装置和开关电源连接装置，线性电源连接装置与单片机芯片连接，开关电源连接装置与交直流电机控制模块和步进电机控制模块连接，继电保护装置包括漏电保护开关；

仿真器模块3包括单片机仿真器，单片机仿真器与主机模块连接；

显示模块4包括显示元件LED发光二极管、显示屏，显示屏与主机模块连接；

继电器模块5包括继电器，继电器与交直流电机控制模块和步进电机控制模块连接；

指令模块6包括多路键盘接口，多路键盘接口与主机模块连接；

ADC/DAC模块7包括ADC转换芯片和DAC转换芯片，ADC转换芯片和DAC转换芯片均与主机模块连接；

交直流电机控制模块8包括直流减速电机、交流减速电机和控制电机超程的保护输入端口，直流减速电机和交流减速电机的转盘下面均设置有光电开关计数器，交直流电机控制模块与主机模块连接；

传感器配接模块9包括多路传感器接口，多路传感器接口与温度传感器模块连接；

扩展模块10包括扩展芯片，扩展芯片交通灯指示器、信号源发生器、电子密码锁；

温度传感器模块11包括芯片型温度传感器，

智能物料搬运装置12包括双轴机器人、行程开关、光电传感器、光纤传感器、行程保护器；行程开关、光电传感器、光纤传感器、行程保护器均与双轴机器人连接；

所述电源模块、仿真器模块、显示模块、继电器模块、指令模块、ADC/DAC模块、交直流电机控制模块、步进电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置均与主机模块连接。

所述芯片型温度传感器包括数字量温度传感器和模拟量温度传感器，模拟量温度传感器设置有有运算放大器，温度传感器模块还包括透明外壳、外壳内的加热电阻和外壳上的加热指示器。

所述的电源连接装置包括至少一个连接外部电源的电源输入电路和至少一个连接负载的负载输出电路。

所述的蓄电装置包括连接蓄电池的蓄电池充放电电路。

所述单片机实践教学装置还包括基板、金属布线、封装树脂、涂布部件，所述金属布线设在所述基板上且具有覆盖的封装树脂，所述的涂布部件覆盖金属布线，所述封装树脂覆盖涂布部件。

本实用新型有利于学生理解和掌握单片机的硬件组成，方便了学生进行单片机的设计、调试工作，便于查找问题，突出单片机设计与开发的重点和要点，

本实用新型使学生入门容易，简洁，采用简单易懂的版面设计，从最基本的知识开始就让学生无缝地切入学习，大部分的模块在保证安全的前提下反面是镂空的，使得学生一目了然看到，并可以触摸到，让学生深知，感性认识的重要性；

本实用新型符合人体工学，美观而舒适：采用模块平放结构，使得视线趋于自然向下，如同平时读书写字，靠近用户侧又略带倾斜，使得操作时更加方便，同时抬头时视线使得毫无遮挡，可以方便地听讲，老师亦可观察实验情况；

本实用新型采用模块化设计，将模块间相互联系，对可能性，功能性做了综合考虑，提供经典实训项目，同时根据用户的需要可设计出自己的实验项目。

本实用新型贴近实际，易于拓展，在深知教学与实际生产结合的重要性。特别设计了多达几十种的实训。

下面结合具体分析和工作原理对本实用新型进一步说明。

技术性能：输入电源：AC220V±10% 50Hz；工作环境：温度-10~+40℃ 相对湿度＜85%(25℃)；装置容量：200VA；

主机模块：

单片机采用爱特梅尔的AT89S52。该单片机内部设有256Byte的RAM和8KByte的FLASH、三个16位定时器，两个数据指针，片内集成了一个看门狗电路。64KRAM扩展空间、64KROM扩展空间；32个IO口，6个向量中断源；0~33MHz的工作频率，三级程序加密功能；工作电压4.0V~5.5V。使用DIP40封装便于更换芯片及仿真。并设计有在系统下载设计接口，通过USB下载器可以方便地进行编程，无需把单片机从电路上取下。该模块上还放有串行通信接口，该接口已经加入升压电路，可以直接与计算机通信，飞利浦单片机和宏晶单片机也可以通过此口进行程序下载。复位电路上加有手动复位按扭，可以直接复位操作。模块上还设有有源蜂鸣器驱动电路，直接给固定电平就可以发出声响。

电源模块：电源模块采用线性电源和开关电源两种电源。单片机等芯片采用线性电源供电，可以有效减少因电源干扰引的程序跑飞。电机等大功率器件采用开关电源供电，确保提供足够的功率。电源采用漏电保护开关作为总控制，安全可靠。用船形开关单独控制低压电，市电与低压电分开控制。该模块共有三组相互独立的低压电源，其中有两组是正负双电源输出。面板上放置了一个AC220输出插板，可以同时挂接三个仪器仪表。其中每组电源都有保险丝作过载保护。

仿真器模块：配备有高性能单片机仿真器，可以全功能仿真MCS51系列单片机，也可以软件仿真；软件为中国自主研发，可以很好的支持中文，支持关键字提示，自动完成符号配对等功能。支持64K程序地址断点、64K源程序有效行断点和64K临时断点，单片机内部寄存器状态一目了然。主机与计算机采用流行的USB接口。

显示模块：该模块无论从最基本的显示元件LED发光二极管，还是到最高级的LCD显示屏都包含在内。具体配置为8位跑马灯（逻辑电平指示）、8位数码管动态显示、16×32点阵LED屏、1602字符型液晶显示屏、128×64绘图液晶显示屏。单片机常用的显示器件全部包含在内，使学习者可以接触所有的显示方案，设计人机界面时可以得心应手。

继电器模块：继电器是常用的执行元件，也是常用的隔离元件，它能用低压控制高压电路，远程切换强电电路状态优点，同时它的执行元件又是一个线圈，在通电及断电时会产生电磁干扰。为此继电器模块在集成了驱动电路的基础上增加了光电隔离措施。该模块共有6路继电器，每个继电器的开关触点全部引出，并明确标示；每个继电器还设有工作指示灯，那一路继电器在通电工作使人一目了然。六组继电器中有两组为AC220控制的继电器，可以控制交流电机的正反转及停止，通过转换头可以连接电子连线。另外四组为电子连线座输出。继电器触点容量250V/6A、DC28V/12A，

指令模块：指令模块上放置了单片机常用的输入元件，其中有8个独立键盘接口，8路8位开关量输入，4*4矩形键盘接口，可以满足学生从基础到高级，从简单到复杂的实训要求。如果用户需要更多的按键或需要更为复杂的设计，则可以采用该模块的PS2键盘鼠标接口进行扩展。

ADC/DAC模块：ADC/DAC模块上设计了两种转换芯片ADC0809和DAC0832。为了便于调试程序和硬件，板载了三个功能子模块：0-5V模拟电压输出、8等级LED电平指示器和有源时钟发生器。ADC0809实验时可以用有源时钟发生器作为芯片的时钟，可以用0-5V模拟电压输出作为模拟量，用8等级LED电平指示用作模拟量大小的指示；DAC0832实验时，可以将芯片的输出接在8等级LED电平指示器上，转换结果是否正常一目了然。

交直流电机控制模块：

该模块可以完成两种电机的控制实验，分别是24V直流减速电机和220V交流减速电机。每种电机的转盘下面放有光电开关计数器，可以用单片机感知其位置和转动了多少圈。每个电机控制线路中设有超程保护输入端口，在与水平移动装置组合实验时可以有效保护电机和机构的安全。

传感器配接模块(4路传感器接口)：

传感器配接模块是专为传感器的配接和电气隔离而设计的一块电路单元，该单元共有两组16路光电隔离IO口，每个光电隔离IO口均可仿PLC与24V电源供电的传感器连接。并配有四路传感器转换接口用于工业传感器的连接。

扩展模块：因为82C55的控制方式仍有学习价值，目前在许多教材中仍有它的身影，扩展模块能满足实验的需求；82C55的三个端口全部引出，可以用电子连线连接，也可以用排线连接。控制端与数据通信口安排在一起，整体布局美观大方。另设有一片74LS245芯片，可以用来与82C55组合起来完成不同的实验功能。

温度传感器模块：

该模块配备有两种芯片型温度传感器：数字量温度传感器18B20和模拟量温度传感器LM35。LM35器件还加有运算放大器，放大的模拟量可以提高测量精度。每种传感器都有透明外壳加固保护，内有大功率加热电阻，加热指示器等。工作状态一清二楚。可以用来做恒温控制，温控器等实验。

智能物料搬运装置：

配置双轴机器人作为装配的执行机构，具有X轴、Y轴两个方向的执行能力，可完成智能抓取物料放料等功能；配置有行程开关，光电传感器，光纤传感器等，可确保各执行器的准确定位；超出最大行程时，具有硬件自动保护功能，确保系统安全及人身安全；本装置为通用的模块化的多功能装置，各功能端口完全开放，可以能过不同的接线来完成各种不同的功能，为学生的创新设计提供了广阔的发挥空间。

下面结合本实用新型的应用进一步说明。

实训项目

实训一 灯光闪烁实训

实训二 跑马灯实训

实训三 独立按键输入实训

实训四 光隔离输入输出实训

实训五 金属检测实训

实训六 动态数码管显示实训

实训七 矩阵键盘接口实训

实训八 继电器隔离控制实训

实训九 蜂鸣器演奏实训

实训十 8255芯片扩展IO实训

实训十一 字符型液晶显示模块控制实训

实训十二 液晶显示模块控制实训

实训十三 点阵L E D屏汉字显示实训

实训十四 AD转换实训

实训十五 DA转换实训

实训十六 LM35温度传感器采集实验

实训十七 单总线温度传感器采集实训

实训十八 交直流减速电机控制实训

实训十九 RS232通信实训

实训二十 PS2键盘通信实验

实训二十二一 智能物料搬运装置实训

还可进行传感器技术实训，直流减速电机应用实训，丝杆传动机构应用实训，直线运动单元定位控制实训，机械故障检测与排除实训气动电磁阀的控制实验。

本实用新型的主机模块中的单片机采用爱特梅尔的AT89S52；电源模块采用线性电源和开关电源两种电源；仿真器模块配备有高性能单片机仿真器，可以全功能仿真MCS51系列单片机；显示模块无论从最基本的显示元件LED发光二极管，还是到最高级的LCD显示屏都包含在内；继电器模块也是常用的隔离元件；指令模块上放置了单片机常用的输入元件；ADC/DAC模块上设计了两种转换芯片ADC0809和DAC0832；交直流电机控制模块可以完成两种电机的控制实验，分别是24V直流减速电机和220V交流减速电机；传感器配接模块(4路传感器接口)：是专为传感器的配接和电气隔离而设计的一块电路单元；扩展模块在许多教材中仍有它的身影，扩展模块能满足实验的需求；温度传感器模块采用数字量温度传感器18B20和模拟量温度传感器LM35；智能物料搬运装置配置双轴机器人作为装配的执行机构。

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 (4)

1.一种单片机实践教学装置，其特征在于，该单片机实践教学装置包括主机模块、电源模块、仿真器模块、显示模块、继电器模块、指令模块、ADC/DAC模块、交直流电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置；

所述主机模块包括单片机芯片和单片机多功能接口;

电源模块包括电源连接装置、蓄电装置和继电保护装置，电源连接装置包括线性电源连接装置和开关电源连接装置，线性电源连接装置与单片机芯片连接，开关电源连接装置与交直流电机控制模块和步进电机控制模块连接，继电保护装置包括漏电保护开关；

仿真器模块包括单片机仿真器；

显示模块包括显示元件LED发光二极管、显示屏，显示屏与主机模块连接；

继电器模块包括继电器，继电器与交直流电机控制模块和步进电机控制模块连接；

指令模块包括多路键盘接口；

ADC/DAC模块包括ADC转换芯片和DAC转换芯片，ADC转换芯片和DAC转换芯片均与主机模块连接；

交直流电机控制模块包括直流减速电机、交流减速电机和控制电机超程的保护输入端口，直流减速电机和交流减速电机的转盘下面均设置有光电开关计数器；

传感器配接模块包括多路传感器接口，多路传感器接口与温度传感器模块连接；

扩展模块包括扩展芯片，扩展芯片交通灯指示器、信号源发生器、电子密码锁；

温度传感器模块包括芯片型温度传感器，

智能物料搬运装置包括双轴机器人、行程开关、光电传感器、光纤传感器、行程保护器；行程开关、光电传感器、光纤传感器、行程保护器均与双轴机器人连接；

所述电源模块、仿真器模块、显示模块、继电器模块、指令模块、ADC/DAC模块、交直流电机控制模块、步进电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置均与主机模块连接。

2.如权利要求1所述单片机实践教学装置，其特征在于，所述芯片型温度传感器包括数字量温度传感器和模拟量温度传感器，模拟量温度传感器设置有有运算放大器，温度传感器模块还包括透明外壳、外壳内的加热电阻和外壳上的加热指示器。

3.如权利要求1所述单片机实践教学装置，其特征在于，所述的电源连接装置包括至少一个连接外部电源的电源输入电路和至少一个连接负载的负载输出电路。

4.如权利要求1所述单片机实践教学装置，其特征在于，所述的蓄电装置包括连接蓄电池的蓄电池充放电电路。