專利名稱：便攜通用型51單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，尤其是進(jìn)行51單片機(jī)綜合開發(fā)的便攜通用型實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
單片機(jī)是一門集計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與軟件技術(shù)于一體的專業(yè)課程，在大專院校的電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)中有著重要的地位 。該課程實(shí)踐性非常強(qiáng)，僅靠教學(xué)計(jì)劃安排的實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的提高非常有限，難以滿足用人單位的需求。為有效地提高學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用技能，學(xué)生應(yīng)該有更多的實(shí)驗(yàn)操作和調(diào)試時(shí)間，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)通常在硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱體積大、不易攜帶，價(jià)格昂貴，容易損壞，維護(hù)、管理困難，難以普及。并且基本上都沒有在線下載和仿真功能，需要另配編程器，仿真器等，不方便學(xué)生的學(xué)習(xí)。針對(duì)以上問題，近期市場(chǎng)上出現(xiàn)了簡(jiǎn)易型51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置，通過RS232串行口或打印機(jī)并口與PC機(jī)相連進(jìn)行下載，使用外接電源供電，接口連接時(shí)，一般需要將主機(jī)箱從電腦搬出，才能與機(jī)箱背后的RS232串行口或并行口連接，至少使用2到3根線纜(電源線、并口或串口下載線等)，而單位或?qū)W校實(shí)訓(xùn)室機(jī)器比較固定，移動(dòng)很不方便，連線多也不便于學(xué)生攜帶。USB通用串行總線接口，現(xiàn)在主流機(jī)器都有此接口。大多的筆記本和主流臺(tái)式電腦都舍去了串口和并口，所以即使實(shí)驗(yàn)儀留有RS232的串行或并行下載口也無法實(shí)現(xiàn)下載，該實(shí)驗(yàn)儀使用單一的USB接口實(shí)現(xiàn)串口下載或并口下載，并可以為單片機(jī)工作提供電源，不僅解決了無串、并口下載的問題，也簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)儀連線裝置，下載和攜帶都具有較強(qiáng)的便捷性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是向?qū)W者提供一套通過USB接口與PC機(jī)連接的集編輯、編譯、下載和調(diào)試于一體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置具有通用性和便攜性。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是實(shí)驗(yàn)儀由核心控制模塊、外圍模塊和下載模塊三部分組成，核心控制模塊由STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列主控芯片和最小支撐電路構(gòu)成,下載模塊主要由CH341A芯片及其支撐電路構(gòu)成，外圍模塊主要由USB接口模塊、電源模塊、二級(jí)管小燈、鍵盤、LED數(shù)碼管、IXD液晶、超聲波傳感器、溫度傳感器、HALL傳感器、紅外發(fā)射接收電路、電流電壓及功率放大電路、A/D或D/A轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)驅(qū)動(dòng)和放大電路、EEPROM存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、定時(shí)器電路、繼電器控制、光敏傳感器、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)模塊構(gòu)成。具體的說，該實(shí)驗(yàn)儀的主控單片機(jī)是STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列的40腳直插式芯片，下載模塊選用南京沁恒公司的CH341為主控芯片，可實(shí)現(xiàn)USB 口轉(zhuǎn)串口或并口下載，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該系列的多款單片機(jī)進(jìn)行在線編程和下載，溫度傳感器芯片為DS18B20，A/D或D/A轉(zhuǎn)換電路主控芯片為PCF8591，電流電壓及功率放大電路芯片為L(zhǎng)M324，EEPROM存儲(chǔ)器芯片AT24C02，時(shí)鐘芯片為DS1302，字符LCD液晶選用IXD1602，漢字IXD液晶選用IXD12864，信號(hào)驅(qū)動(dòng)和放大電路選用ULN2003驅(qū)動(dòng)放大芯片，超聲波傳感器電路由超聲波發(fā)射頭和接收頭組成，超聲波解碼芯片為CX20106A，紅外發(fā)射接收電路選用紅外一體頭1838及紅外發(fā)射管，光敏傳感器模塊選用CDS光敏電阻器，直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和繼電器額定工作電壓均為5V。該實(shí)驗(yàn)儀可完成二級(jí)管小燈、鍵盤、LED數(shù)碼管、IXD液晶、超聲波傳感器、溫度傳感器、HALL傳感器、紅外發(fā)射接收 電路、電流電壓及功率放大電路、A/D或D/A轉(zhuǎn)換電路、EEPROM存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、定時(shí)器電路、繼電器控制、光敏傳感器、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)外圍接口實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)時(shí)只要將本實(shí)驗(yàn)儀的下載線USB 口與PC機(jī)的USB 口相連后，根據(jù)目標(biāo)芯片型號(hào)設(shè)置下載模式跳線，在KEIL環(huán)境下編寫實(shí)驗(yàn)儀外圍電路驅(qū)動(dòng)程序，直接編輯、編譯后，即可通過USB接口進(jìn)行在線下載和調(diào)試。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于I)、實(shí)驗(yàn)儀支持2家以上知名51單片機(jī)廠商的主流芯片的在線編程、下載和調(diào)試；2)、實(shí)驗(yàn)儀下載接口為USB 口，解決了目前筆記本和臺(tái)式電腦基本無串口和并口而無法實(shí)現(xiàn)下載的問題；3)實(shí)驗(yàn)儀體積小，與PC機(jī)通信只需要一根USB連線，主控芯片插拔方便，由USB 口從PC機(jī)取電工作，無需外接電源。

圖I是本實(shí)用新型的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的結(jié)構(gòu)。如圖I所示的為實(shí)驗(yàn)儀的整體結(jié)構(gòu)布局，由USB接口、USB轉(zhuǎn)串口和并口電路、溫度傳感器、A/D或D/A轉(zhuǎn)換電路、鍵盤電路、IXD接口、LED顯示電路、超聲波電路、紅外收發(fā)電路、HALL傳感器、運(yùn)算放大電路和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路等組成；實(shí)驗(yàn)儀采用USB總線提供的5V電源，單片機(jī)可選用STC公司的STC89C/SXX系列、ATMEL公司的AT89C/SXX系列或Philips公司P89V51系列的40腳直插式芯片;USB轉(zhuǎn)接口電路使用南京沁恒公司的CH341A芯片，CH341A控制芯片將USB通用接口轉(zhuǎn)換為串口或并口下載，下載時(shí)根據(jù)目標(biāo)芯片下載模式不同，通過跳線的方式控制CH341A的SDA引腳電平來實(shí)現(xiàn)下載模式轉(zhuǎn)換，SDA引腳懸空則USB口轉(zhuǎn)串口下載模式，SDA引腳接地則USB 口轉(zhuǎn)并口下載模式，發(fā)光二極管亮滅指示USB設(shè)備連接狀態(tài)。數(shù)字溫度傳感器選用DS18B20，單總線與單片機(jī)的I/O 口相連，可以實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前溫度，精度高，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，不需要外部的模數(shù)轉(zhuǎn)換；A/D、D/A轉(zhuǎn)換由PCF8591作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)4路模擬輸入量的信息采集，有四種不同的采集方式，和光敏電阻配合使用可以實(shí)現(xiàn)夜晚路燈的自動(dòng)開關(guān)實(shí)驗(yàn)，與LM324配合使用可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)儀表、電壓表的功能實(shí)現(xiàn)，通過I2C總線方式可實(shí)現(xiàn)模數(shù)量的傳輸、讀取和存儲(chǔ)操作，也可以完成實(shí)驗(yàn)儀外接模擬量的轉(zhuǎn)換；超聲波使用74HC04芯片構(gòu)成發(fā)射的驅(qū)動(dòng)電路，通過CX20106A解碼芯片電路接收超聲波，可完成超聲波測(cè)距實(shí)驗(yàn)，如倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)、超聲波門禁系統(tǒng)；紅外發(fā)射管通過38khz的載波發(fā)送不可見的紅外光，由1838紅外接收管接收并處理相應(yīng)的功能代碼，實(shí)現(xiàn)種類不同的遙控器的解碼和控制系統(tǒng)開發(fā)；NE555方波產(chǎn)生器，也可設(shè)計(jì)成定時(shí)器，可以產(chǎn)生精準(zhǔn)的方波，可以做PWM波形的試驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)儀上還設(shè)計(jì)了 AT24C02存儲(chǔ)電路、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和首頻放大電路，可以完成相關(guān)的系列實(shí)驗(yàn)和開發(fā)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)儀中大部分模塊都可以并行工作，運(yùn)用3個(gè)74HC573并口鎖存器為單片機(jī)PO 口擴(kuò)展出了 32個(gè)輸出引腳，分別驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED小燈，2個(gè)4位的共陽數(shù)碼管；通過一個(gè)74HC573鎖存器連接NUL2003驅(qū)動(dòng)芯片控制蜂鳴器，繼電器，外接揚(yáng)聲器，外接步進(jìn)電機(jī)和外接直流電機(jī)，并且PO腳還復(fù)用控制IXD12864和IXD1602兩個(gè)液晶顯示屏，通過擴(kuò)展出這些豐富的輸入輸出引腳資源，實(shí)驗(yàn)儀可以并發(fā)完成多個(gè)綜合項(xiàng)目的開發(fā)和實(shí)驗(yàn)，并且能夠保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，不受干擾。以上說明書中描述的只是本實(shí)驗(yàn)儀的具體實(shí)施方式
，各種舉例說明不對(duì)本實(shí)驗(yàn)儀的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對(duì)以前所述的具體實(shí)施方式
做修改或變形，而不背離實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求1.便攜通用型51單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征為實(shí)驗(yàn)儀由核心控制模塊、外圍模塊和下載模塊三部分組成，核心控制模塊由STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列主控芯片和最小支撐電路構(gòu)成，下載模塊主要由CH341A芯片及其支撐電路構(gòu)成，外圍模塊主要由USB接口模塊、電源模塊、二級(jí)管小燈、鍵盤、LED數(shù)碼管、LCD液晶、超聲波傳感器、溫度傳感器、HALL傳感器、紅外發(fā)射接收電路、電流電壓及功率放大電路、A/D或D/A轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)驅(qū)動(dòng)和放大電路、EEPROM存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、定時(shí)器電路、繼電器控制、光敏傳感器、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)模塊構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利I要求所述的便攜通用型51單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征為所述的實(shí)驗(yàn)儀的下載模塊是選用南京沁恒公司的CH341A為主控芯片，支持USB 口轉(zhuǎn)串口或并口兩種下載模式，從而可以兼容多款51單片機(jī)的在線編程下載，解決當(dāng)前主流電腦的串口和并口基本被USB 口取代而無法下載的問題，實(shí)驗(yàn)儀通過USB 口從PC機(jī)取電，下載和調(diào)試過程中無需外接電源。
3.根據(jù)權(quán)利I要求所述的便攜通用型51單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征為所述的51單片機(jī)是STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列的40腳直插式芯片，溫度傳感器芯片為DS18B20，A/D或D/A轉(zhuǎn)換電路主控芯片為PCF8591，電流電壓及功率放大電路芯片為L(zhǎng)M324，EEPROM存儲(chǔ)器芯片AT24C02，時(shí)鐘芯片為DS1302，字符LCD液晶選用IXD1602，漢字IXD液晶選用IXD12864，信號(hào)驅(qū)動(dòng)和放大電路選用ULN2003驅(qū)動(dòng)放大芯片，超聲波傳感器電路由超聲波發(fā)射頭和接收頭組成，超聲波解碼芯片為CX20106A，紅外發(fā)射接收電路選用紅外一體頭1838及紅外發(fā)射管，光敏傳感器模塊選用CDS光敏電阻器，直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和繼電器額定工作電壓均為5V。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，尤其是一種便攜通用型51單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)驗(yàn)儀由核心控制模塊、外圍模塊和下載模塊三部分組成，核心控制模塊由STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列的40腳直插式主控芯片和最小支撐電路構(gòu)成，外圍模塊主要由一些常用外圍器件接口電路構(gòu)成，下載模塊主要由CH341A芯片及其支撐電路構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)儀下載模塊可以實(shí)現(xiàn)USB接口轉(zhuǎn)串口或并口方式下載，可方便于目前沒有串口和并口的臺(tái)式和筆記本電腦使用，同時(shí)實(shí)驗(yàn)儀可通過USB口從PC機(jī)獲取工作電源。實(shí)驗(yàn)儀支持與KEIL軟件聯(lián)調(diào)，集編輯、編譯、下載和調(diào)試于一體。實(shí)驗(yàn)儀體積小，接口連接方便，有利于學(xué)生更好地掌握51系列單片機(jī)原理及綜合項(xiàng)目開發(fā)技術(shù)，提高學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202795859SQ20122051051
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者張靜, 陶洪, 聶章龍, 楊戈 申請(qǐng)人:常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 聶章龍