CN207676549U - 一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，包括安装在开发板上的主控板、无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块和电机驱动模块；其中，主控板包括MCU最小系统电路、Micro‑USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和备用拓展接口，无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块、电机驱动模块、Micro‑USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和备用拓展接口分别与MCU最小系统电路电连接。本实用新型提供的开发板实现无线通信，具有体积小、功耗低、实用性强等优点。

Description

一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板

技术领域

本实用新型属于单片机技术领域，尤其涉及一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板。

背景技术

随着微电子技术的发展，不仅芯片的功能和稳定性有所提升，而且其体积和引脚间距也进一步缩小。此外，印制电路板(PCB)技术也发展迅猛，PCB电路板中两条导线的间距可小至6毫英寸，甚至更小。这两种技术使得设计出的电路板相对于传统试验箱，在完成相同功能的情况下，体积大大减小，从而使其变得更加小巧、便携。此外，这两种技术也促使了微电子技术中表面贴装技术(SMT)的发展，这使的设计出来的电路板更具稳定性。

市面上存在大量的51单片机开发板，虽然这些开发板相对于传统试验箱其体积已有明显的缩减，也具有了一定的便携性，但市面上以51单片机为控制核心的开发板却多采用插针封装，且为了有针对性地学习具体模块，各模块往往都会外扩排针接口，以便通过导线与单片机互连，这种结构的单片机开发板由于存在大量排针，因此在操作不当时可能扎伤用户的手指，且稳定性相对于贴片封装的单片机开发板显得稍差。此外，插针封装的器件由于体积相对于贴片封装较大，因此造成单片机开发板的体积还不够小巧、便携。再者，普通单片机开发板无法实现交互，未能契合时代发展智能制造的潮流。

实用新型内容

为了解决上述普通单片机开发板体积大、无法实现交互的问题，本实用新型提出了一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，包括安装在开发板上的主控板、无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块和电机驱动模块；其中，

所述主控板包括MCU最小系统电路、Micro-USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和备用拓展接口，所述无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块、电机驱动模块、Micro-USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和所述备用拓展接口分别与所述MCU最小系统电路电连接。

较佳的，本实用新型还包括模块连接接口，所述无线通信模块、所述光电耦合模块、所述模数转换模块和所述电机驱动模块分别通过所述模块连接接口与所述MCU最小系统电路电连接。

较佳的，所述MCU最小系统电路包括MCU芯片，晶振电路、复位电路和电源分别与所述MCU芯片电连接。

较佳的，所述Micro-USB供电烧录电路包括Micro-USB接口母座、稳压芯片和USB转串口芯片，开关控制电源从所述Micro-USB接口母座流入，电源指示灯亮，输入的5V电源经过滤波电容、防电源反接整流管与所述稳压芯片后输出3.3V电压；USB总线与USB转串口芯片电连接，用以传输USB信号；所述USB转串口芯片与所述MCU芯片电连接，用以传输数据。

较佳的，所述光电耦合模块包括光耦芯片，所述MCU芯片将信号传入所述光耦芯片，输出信号经两级三极管放大后与外部交直流电接线柱连接，以及通过整流管将交流电变成脉冲直流电。

较佳的，所述电机驱动模块包括电机驱动芯片和稳压芯片，所述MCU芯片向所述电机驱动芯片输入控制电平，控制电机正转和反转；所述电机驱动芯片的输出端经桥式整流电路后驱动直流电机，所述电机驱动芯片的输出端直接驱动步进电机；当外接12V电压为所述直流电机或所述步进电机供电时，通过按下开关，使发光二极管发光，12V电压经过所述稳压芯片后输出5V电压，为所述电机驱动芯片供电。

较佳的，所述OLED接口电路包括一个7针母座，并配备一块OLED显示屏，该屏采用SPI接口方式。

较佳的，所述独立按键电路包括4枚按键和4个上拉电阻，4个所述上拉电阻的一端接VCC电压，另一端分别连接4枚所述按键至地，以及分别连接所述MCU芯片的4个输入端口。

较佳的，所述LED测试电路包括4个LED和4个限流电阻，VCC电压通过4个所述限流电阻分别与4个所述LED连接至所述MCU芯片的输入端口。

较佳的，所述无线通信模块包括一块工业级嵌入式wifi模块芯片，其自带电源指示灯，当建立连接有数据收发时，所述电源指示灯闪烁。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型设置无线通信模块，其具备与移动终端进行通信的功能，弥补普通单片机开发板无法交互的不足，更贴近智能制造理念，契合时代发展潮流；

本实用新型的开发板采用小型贴片封装形式，极大程度压缩了体积，减轻了成本，独立模块的设计不仅有效减小干扰和降低功耗，而且在使用方面相对灵活便捷；

本实用新型可以为使用者提供一种小型化、模块化及实用化的学习实验用开发板。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时满足上述所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板的结构框图；

图2为本实用新型一实施例的MCU最小系统电路的原理图；

图3为本实用新型一实施例的Micro-USB供电烧录电路的原理图；

图4为本实用新型一实施例的OLED接口电路的原理图；

图5为本实用新型一实施例的独立按键电路的原理图；

图6为本实用新型一实施例的LED测试电路的原理图；

图7为本实用新型一实施例的备用扩展接口的原理图；

图8为本实用新型一实施例的无线通信模块的原理图；

图9为本实用新型一实施例的光电耦合模块的原理图；

图10为本实用新型一实施例的模数转换模块的原理图；

图11为本实用新型一实施例的电机驱动模块的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。

如图1所示，一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，包括安装在开发板上的主控板、无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块和电机驱动模块；其中，

主控板包括MCU最小系统电路、Micro-USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和备用拓展接口，无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块、电机驱动模块、Micro-USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和备用拓展接口分别与MCU最小系统电路电连接。

在本实用新型的一个实施例中，该口袋式微控制器开发板还包括模块连接接口，无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块和电机驱动模块分别通过模块连接接口与MCU最小系统电路电连接。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，MCU最小系统电路包括MCU芯片，晶振电路、复位电路和电源分别与MCU芯片电连接。该设计中，MCU最小系统电路采用3.3V工作电压，其担负开发板核心要务，使用增强型MCU，运行程序稳定可靠，功耗更低。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，Micro-USB供电烧录电路包括Micro-USB接口母座、AMS1117-3.3稳压芯片和USB转串口芯片CH340G；

开关P2控制电源从P1流入，电源指示灯L1亮，输入的5V电源经过滤波电容、防电源反接整流管和AMS1117-3.3稳压芯片后输出3.3V电压；USB总线上的D+、D﹣端还与USB转串口芯片上的UD+、UD﹣端相连，用以传输USB信号；USB转串口芯片CH340G上的TXD数据输出端、RXD数据输入端又依次与MCU芯片上的RXD数据输入端、TXD数据输出端相连，从而实现数据的传输，由于USB转串口芯片CH340G正常工作时需要外部提供共12MHz的时钟信号，因此在芯片的XI、XO引脚之间连接有12MHz的晶振电路，其中二极管D1和D2都是起到保护电路的作用。该设计中，Micro-USB供电烧录电路为开发板提供适合的电源，并支持在线程序烧录，采用Micro-USB接口母座既节省板面空间，又具有较高的兼容性，将供电与烧录利用同一接口提高了板面的利用率。

在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，OLED接口电路包括一个7针母座，并配备一块0.96寸OLED显示屏，工作电压为3.3V，该屏采用SPI接口方式；

在SPI通信中时钟管脚D0、数据管脚D1、复位端RES(低电平复位)、数据和命令控制管脚DC以及片选管脚CS依次与MCU芯片的P10～P14端口相连。该设计中，OLED接口电路起到直观显示数值的作用，与传统LCD液晶显示屏相比，拥有多项不可比拟的优势，比如节省端口、显示多样化以及操作性强等。

在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，独立按键电路包括4枚按键和4个上拉电阻，4个上拉电阻和4枚按键分别组成的4组电路依次与MCU芯片的P20～P23端口相连，上拉电阻的使用可避免按键一直处于低电平的工作状态。该设计中，独立按键电路根据使用者自定义设置使用，如控制LED或OLED等，提高了灵活运用的能力。

在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，LED测试电路包括4个LED和4个限流电阻，VCC电压通过4个限流电阻分别与4个LED连接至MCU芯片的P05～P08端口，限流电阻有效保护了LED的正常工作。该设计中，LED测试电路根据使用者自定义设置使用，如流水灯或测试程序等，提高了灵活运用的能力。

在本实用新型的一个实施例中，如图7所示，备用扩展接口包括5组8脚排针。备用扩展接口属于MCU芯片外引端口，主要有4个8位并行口和4个附送I/O口，2组电源和地作为补充。该设计中，使用者可根据自身需要，通过备用扩展接口自行接入所需外围电路，有助于提高板子利用率，实现自我提升。

在本实用新型的一个实施例中，如图8所示，无线通信模块包括一块工业级嵌入式HX-M02型wifi模块芯片，工作电压为3.3V，自带电源指示灯，当建立连接有数据收发时，电源指示灯闪烁；

模块设有3个按键，分别为无线配置模式选择按键S6(低电平有效)、恢复出厂输入/配置模式选择按键S7(低电平有效)和下载模式选择按键S8(高电平有效)。当烧录程序时，J1无需短路帽；当通过串口配置wifi模块芯片时，J1左侧1、2引脚和3、4引脚分别加短路帽，右侧不用；当wifi模块芯片和单片机通信时，J1右侧5、6引脚和7、8引脚分别加短路帽，左侧不用。P13用于连接主控板，P14是预留的独立供电接口。该设计中，无线通信模块作为一个数据传输通道，将MCU芯片的串口信号转换成无线wifi信号，进而与移动终端(用户端)通过TCP协议取得数据的交互，可以帮助使用者了解相关网络配置要求，熟悉串口调试助手的运用，研究通信协议方面的内容，扩展android知识面。

在本实用新型的一个实施例中，如图9所示，光电耦合模块包括光耦芯片6N137，信号从MCU芯片的P32端口流入光耦芯片6N137，输出信号经过三极管9014和三极管TIP31C放大后，与外部交直流电接线柱P16相连，其中三极管TIP31C可当做开关控制信号脉冲频率，二极管1N4007用于将方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电，P15用于连接主控板，P17是预留的独立供电接口。并且，光耦芯片6N137左右两端不共地。该设计中，光电耦合模块实质上是电-光-电的转换，对输入、输出信号有良好的隔离作用，由于其输入输出间互相隔离，信号传输为单向传输，因此具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。当工作于开关状态时，传输脉冲信号，类似于继电器模块，但响应速度更快，电路相对简易，在实际运用中较为广泛。

在本实用新型的一个实施例中，如图10所示，模数转换模块包括PCF8591芯片，采用IIC总线传输结构；

数据由数据端SDA和时钟端SCL与MCU芯片的P03、P04端口相连传递。4路AD转换输入通过J2添加短路帽依次与变位器WJ1、变位器WJ2、光敏电阻和热敏电阻相连，其中变位器用于调节输入的电压，1路DA转换输出通过J3添加短路帽点亮发光二极管L6实现DAC增益。P20用于连接主控板，P21是预留的独立供电接口。该设计中，模数转换模块用于模拟信号与数字信号之间的转换，处理MCU芯片对传感器数据的识别，能帮助使用者分清模拟信号与数字信号的区别，理清信号转换的原理与过程。

在本实用新型的一个实施例中，如图11所示，电机驱动模块包括电机驱动芯片L298N和稳压芯片L78M05CDT；

电机驱动芯片L298N的IN1～IN4端口依次由MCU芯片的P24～P27端口提供输入控制电平，控制电机正反转，EN1为IN1和IN2端口的使能端，EN2为IN3和IN4端口的使能端，控制电机的转速和停转，使能端为高电平有效，J4的1、2引脚和3、4引脚需用短路帽连接。电机驱动芯片L298N的输出端经过两组由1N4007构成的桥式整流电路后方可驱动成功，P23和P24为2路直流电机接线柱；电机驱动芯片L298N的输出端直接与步进电机接口P22相连即可，但务必确保模块信号输入端IN1～IN4为高电平，以使OUT1～OUT4输出高电平，防止电流由步进电机VCC灌入电机驱动芯片L298N的输出端。步进电机工作状态指示灯L7～L10直观反映出步进电机运行过程。当外接12V电压通过接线柱P26为电机供电时，按下S9开关，发光二极管L11连通发光，12V电压经过稳压芯片L78M05CDT后输出5V电压，为电机驱动芯片L298N的逻辑电路供电，此时无需外接5V电压，假如需要驱动电压高于12V，小于等于24V的电机，则先要去除J4上的短路帽，外接5V电压对电机驱动芯片L298N的内部逻辑电路供电。其中，P25用于连接主控板。该设计中，电机驱动模块控制电机进行正转、反转、加速、减速以及停转等一系列操作。本模块中，步进电机和直流电机均可使用，指示灯的使用方便使用者观察电机运行状态，有效区分两种电机在工作时各自呈现的差异，掌握更多相关的电机知识。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，包括安装在开发板上的主控板、无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块和电机驱动模块；其中，

所述主控板包括MCU最小系统电路、Micro-USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和备用拓展接口，所述无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块、电机驱动模块、Micro-USB供电烧录电路、OLED接口电路、独立按键电路、LED测试电路和所述备用拓展接口分别与所述MCU最小系统电路电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，包括模块连接接口，所述无线通信模块、光电耦合模块、模数转换模块和所述电机驱动模块分别通过所述模块连接接口与所述MCU最小系统电路电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述MCU最小系统电路包括MCU芯片，晶振电路、复位电路和电源分别与所述MCU芯片电连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述Micro-USB供电烧录电路包括Micro-USB接口母座、稳压芯片和USB转串口芯片，开关控制电源从所述Micro-USB接口母座流入，电源指示灯亮，输入的5V电源经过滤波电容、防电源反接整流管与所述稳压芯片后输出3.3V电压；USB总线与所述USB转串口芯片电连接，用以传输USB信号；所述USB转串口芯片与所述MCU芯片电连接，用以传输数据。

5.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述光电耦合模块包括光耦芯片，所述MCU芯片将信号传入所述光耦芯片，输出信号经两级三极管放大后与外部交直流电接线柱连接，以及通过整流管将交流电变成脉冲直流电。

6.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述电机驱动模块包括电机驱动芯片和稳压芯片，所述MCU芯片向所述电机驱动芯片输入控制电平，控制电机正转和反转；所述电机驱动芯片的输出端经桥式整流电路后驱动直流电机，所述电机驱动芯片的输出端直接驱动步进电机；当外接12V电压为所述直流电机或所述步进电机供电时，通过按下开关，使发光二极管发光，12V电压经过所述稳压芯片后输出5V电压，为所述电机驱动芯片供电。

7.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述OLED接口电路包括一个7针母座，并配备一块OLED显示屏，该屏采用SPI接口方式。

8.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述独立按键电路包括4枚按键和4个上拉电阻，4个所述上拉电阻的一端接VCC电压，另一端分别连接4枚所述按键至地，以及分别连接所述MCU芯片的4个输入端口。

9.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述LED测试电路包括4个LED和4个限流电阻，VCC电压通过4个所述限流电阻分别与4个所述LED连接至所述MCU芯片的输入端口。

10.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的口袋式微控制器开发板，其特征在于，所述无线通信模块包括一块工业级嵌入式wifi模块芯片，其自带电源指示灯，当建立连接有数据收发时，所述电源指示灯闪烁。