本實(shí)用新型涉及無(wú)線通訊技術(shù)和單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于無(wú)線通訊技術(shù)的單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板。

背景技術(shù)：

單片機(jī)技術(shù)自發(fā)展以來(lái)已走過(guò)了近20年的發(fā)展路程。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。

當(dāng)前，單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板主要以教學(xué)演示為主，具備常用的教學(xué)演示功能。然而，在單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板上沒(méi)有設(shè)置輔助教學(xué)的模塊，而單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板上的功能模塊比較多，對(duì)于大多數(shù)大中專院校的學(xué)生而言，在教學(xué)過(guò)程中很難快速熟悉和掌握，并需要更多的理論知識(shí)和實(shí)踐技能去熟悉這些功能模塊，因而無(wú)法完成單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主動(dòng)檢測(cè)工作，這部分工作一般由教師來(lái)完成，由此增加了教師的工作量，也不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)步。

與此同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，藍(lán)牙通信、WiFi通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)雖然在生活中得到廣泛應(yīng)用，但是卻沒(méi)有運(yùn)用于單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板。為此提供一種基于藍(lán)牙、WiFi、物聯(lián)網(wǎng)等無(wú)線通訊技術(shù)的單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板，為解決現(xiàn)有的單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板不具備通訊功能的缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板與其它系統(tǒng)之間的無(wú)線通訊就顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是要解決當(dāng)前在單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板上卻缺乏輔助教學(xué)的模塊，無(wú)法自主對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自主檢測(cè)，并且不具備通訊功能，不利于學(xué)生進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的問(wèn)題，為此提供一種基于無(wú)線通訊技術(shù)的單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板。

本實(shí)用新型的具體方案是：一種基于無(wú)線通訊技術(shù)的單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板，包括集成設(shè)置于一塊PCB板上單片機(jī)、與所述單片機(jī)通訊連接的顯示單元、數(shù)據(jù)接收單元、ISP接口模塊、USB自動(dòng)下載模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和4*4矩陣鍵盤模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器模塊，其特征是：在PCB板上還裝有直流穩(wěn)壓電源模塊和與所述單片機(jī)通訊連接的WiFi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊和藍(lán)牙模塊以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊連接并驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊，語(yǔ)音模塊連接揚(yáng)聲器，直流穩(wěn)壓電源模塊為PCB板上的各個(gè)模塊提供工作電源。

本實(shí)用新型中所述顯示單元包括液晶顯示單元、8*8點(diǎn)陣模塊、LED燈模塊、數(shù)碼管模塊，并且液晶顯示單元采用芯片LCD1602,LED燈模塊為16位兩種方式驅(qū)動(dòng)的LED燈，數(shù)碼管模塊為8位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管。

本實(shí)用新型中所述數(shù)據(jù)接收單元包括紅外遙控接收模塊、溫度傳感器模塊、38譯碼器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和8位鎖存器模塊，并且紅外遙控接收模塊采用IR紅外接頭，溫度傳感器模塊為18B20接口，38譯碼器模塊采用芯片74HC138，A/D轉(zhuǎn)換模塊板載光敏、熱敏電阻，8位鎖存器模塊采用芯片74HC573。

本實(shí)用新型中所述單片機(jī)采用型號(hào)為STC90C516 1280 SRAM 64K Flash的C51系列單片機(jī)，單片機(jī)配備有芯片型號(hào)為DS1302的時(shí)鐘模塊，WiFi模塊采用芯片ESP8266，物聯(lián)網(wǎng)模塊的采用芯片ZA2530A,藍(lán)牙模塊采用芯片CC2540。

本實(shí)用新型中所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用芯片ULN2003D，蜂鳴器模塊采用無(wú)源蜂鳴器，ISP接口模塊采用AT89S52單片機(jī)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊采用芯片24C02，USB自動(dòng)下載模塊采用USB串口芯片CH340。

本實(shí)用新型中所述實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊采用型號(hào)為STM32F103RDT6的STM32系列單片機(jī)。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本實(shí)用新型成本低廉、功能齊全、性能穩(wěn)定，滿足了教師的教學(xué)要求和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；

(2)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自主檢測(cè)，并通過(guò)語(yǔ)音模塊、揚(yáng)聲器進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)息，大大方便了教師的教學(xué)，減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，并便于學(xué)生快速熟悉和掌握單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板；

(3)本實(shí)用新型通過(guò)采用藍(lán)牙通信、WiFi通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板與其它系統(tǒng)之間的無(wú)線通訊；

(4)本實(shí)用新型可連接至服務(wù)器，便于記錄和保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本實(shí)用新型中單片機(jī)的電路原理圖；

圖3是本實(shí)用新型中WiFi模塊的電路原理圖；

圖4是本實(shí)用新型中數(shù)碼管模塊的電路原理圖；

圖5是本實(shí)用新型中物聯(lián)網(wǎng)模塊的電路原理圖；

圖6是本實(shí)用新型中藍(lán)牙模塊的電路原理圖；

圖7是本實(shí)用新型中液晶顯示單元的電路原理圖；

圖8是本實(shí)用新型中LED模塊的電路原理圖；

圖9是本實(shí)用新型中時(shí)鐘模塊的電路原理圖；

圖10是本實(shí)用新型中紅外遙控接收模塊的電路原理圖；

圖11是本實(shí)用新型中溫度傳感器模塊的電路原理圖；

圖12是本實(shí)用新型中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和蜂鳴器模塊的電路原理圖；

圖13是本實(shí)用新型中實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊與語(yǔ)音模塊的電路原理圖。

圖中：1—PCB板，2—單片機(jī)，3—顯示單元，4—數(shù)據(jù)接收單元，5—蜂鳴器模塊，6—ISP接口模塊，7—USB自動(dòng)下載模塊，8—步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，9—數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，10—4*4矩陣鍵盤模塊，11—直流穩(wěn)壓電源模塊，12—WiFi模塊，13—物聯(lián)網(wǎng)模塊，14—藍(lán)牙模塊，15—語(yǔ)音模塊，16—揚(yáng)聲器，17—液晶顯示單元，18—8*8點(diǎn)陣模塊，19—LED燈模塊，20—數(shù)碼管模塊，21—紅外遙控接收模塊，22—溫度傳感器模塊,23—38譯碼器模塊，24—A/D轉(zhuǎn)換模塊，25—8位鎖存器模塊，26—時(shí)鐘模塊，27—實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊。

具體實(shí)施方式

參見圖1-13，本實(shí)用新型包括集成設(shè)置于一塊PCB板1上單片機(jī)2、與所述單片機(jī)2通訊連接的顯示單元3、數(shù)據(jù)接收單元4、ISP接口模塊6、USB自動(dòng)下載模塊7、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊8、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊9和4*4矩陣鍵盤模塊10，在PCB板1上還裝有直流穩(wěn)壓電源模塊11和與所述單片機(jī)2通訊連接的WiFi模塊12、物聯(lián)網(wǎng)模塊13和藍(lán)牙模塊14以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27，實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27連接并驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊15，語(yǔ)音模塊15連接揚(yáng)聲器16，直流穩(wěn)壓電源模塊11為PCB板1上的各個(gè)模塊提供工作電源。

本實(shí)施例中所述顯示單元3包括液晶顯示單元17、8*8點(diǎn)陣模塊18、LED燈模塊19、數(shù)碼管模塊20，并且液晶顯示單元17采用芯片LCD1602,LED燈模塊19為16位兩種方式驅(qū)動(dòng)的LED燈，數(shù)碼管模塊20為8位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管。

本實(shí)施例中所述數(shù)據(jù)接收單元4包括紅外遙控接收模塊21、溫度傳感器模塊22、38譯碼器模塊23、A/D轉(zhuǎn)換模塊24和8位鎖存器模塊25，并且紅外遙控接收模塊21采用IR紅外接頭，溫度傳感器模塊22為18B20接口，38譯碼器模塊23采用芯片74HC138，A/D轉(zhuǎn)換模塊24板載光敏、熱敏電阻，8位鎖存器模塊25采用芯片74HC573。

本實(shí)施例中ISP接口模塊6采用AT89S52單片機(jī)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊9采用芯片24C02，USB自動(dòng)下載模塊7采用USB串口芯片CH340。

本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)功能模塊實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自主檢測(cè)，并通過(guò)語(yǔ)音模塊15、揚(yáng)聲器16進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)息，大大方便了教師的教學(xué)，減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，并便于學(xué)生快速熟悉和掌握單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板。

本實(shí)施例中所述單片機(jī)2采用型號(hào)為STC90C516 1280 SRAM 64K Flash的C51系列單片機(jī)，其電路原理圖如圖2所示，單片機(jī)2的工作頻率在0～40MHz,相當(dāng)于普通8051單片機(jī)工作頻率的0～80MHz，并配備有芯片型號(hào)為DS1302的時(shí)鐘模塊26，時(shí)鐘模塊26的電路原理圖如圖9所示，時(shí)鐘模塊26的5引腳、6引腳、7引腳、分別與單片機(jī)2的15引腳、14引腳、16引腳連接。DS1302片內(nèi)有31個(gè)RAM單元，對(duì)片內(nèi)RAM的操作有兩種方式：?jiǎn)巫止?jié)方式和多字節(jié)方式。當(dāng)控制命令字為C0H~FDH時(shí)為單字節(jié)讀寫方式，命令字中的D5～D1用于選擇對(duì)應(yīng)的RAM單元，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。

本實(shí)施例中WiFi模塊12采用芯片ESP8266，其電路原理圖如圖3所示，ESP8266的22引腳為TXD，是模塊的串口發(fā)送端，21引腳為RXD,是模塊的串口接受端，WiFi模塊12的22引腳和21引腳分別通過(guò)杜邦線與單片機(jī)2的10引腳和11引腳相連,完成WiFi模塊12與單片機(jī)2之間的通信。

本實(shí)施例中數(shù)碼管模塊20的電路原理圖如圖4所示，數(shù)碼管模塊中的74HC245芯片的2引腳、3引腳、4引腳、5引腳、6引腳、7引腳、8引腳、9引腳分別與單片機(jī)2的39引腳、38引腳、37引腳、36引腳、35引腳、34引腳、33引腳、32引腳連接。本實(shí)用新型采用的是共陰LED顯示器。使用數(shù)碼管LED顯示器時(shí)，為了顯示數(shù)字或字符，必須對(duì)數(shù)字或字符進(jìn)行編碼。七段數(shù)碼管加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共計(jì)8段，因此為L(zhǎng)ED顯示器提供的編碼正好是一個(gè)字節(jié)。

本實(shí)施例中物聯(lián)網(wǎng)模塊13的采用芯片ZA2530A,其電路原理圖如圖5所示，ZA2530A的18引腳為TX，是模塊的串口發(fā)送端，19引腳為RX,是模塊的串口接受端，物聯(lián)網(wǎng)模塊13的18引腳和19引腳分別通過(guò)杜邦線與單片機(jī)2的10引腳和11引腳相連，完成物聯(lián)網(wǎng)模塊13與單片機(jī)2之間的通信。

本實(shí)施例中藍(lán)牙模塊14采用芯片CC2540，其電路原理圖如圖6所示，CC2540的14引腳為RX，是模塊的串口發(fā)送端，15引腳為TX,是模塊的串口接受端，藍(lán)牙模塊14的15引腳和14引腳分別通過(guò)杜邦線與單片機(jī)2的10引腳和11引腳相連，完成藍(lán)牙模塊14與單片機(jī)2之間的通信。

本實(shí)施例中液晶顯示單元17采用芯片LCD1602，其電路原理圖如圖7所示，LCD1602的4引腳、5引腳、6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10引腳、11引腳、12引腳、13引腳、14引腳分別與51單片機(jī)的27引腳、24引腳、28引腳、39引腳、38引腳、37引腳、36引腳、35引腳、34引腳、33引腳、32引腳連接。LCD1602是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶模塊，由5x10的點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以用顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。

本實(shí)施例中LED模塊19的電路原理圖如圖8所示，LED模塊19的RP7的1引腳、2引腳、3引腳、4引腳、5引腳、6引腳、7引腳、8引腳分別與單片機(jī)2的21引腳、22引腳、23引腳、24引腳、25引腳、26引腳、27引腳、28引腳連接。LED的工作是有方向性的，只有當(dāng)正級(jí)接到LED陽(yáng)極，負(fù)極接到LED的陰極的時(shí)候才能工作，如果反接LED是不能正常工作的，當(dāng)LED的陽(yáng)極串聯(lián)一個(gè)電阻，然后連接到電源VCC，而LED的陰極連接到單片機(jī)2的P2口，把單片機(jī)2相對(duì)應(yīng)的IO賦為低電平，相應(yīng)的LED燈才能被點(diǎn)亮。

本實(shí)施例中紅外遙控接收模塊21的電路原理圖如圖10所示，紅外遙控接收模塊的1引腳接單片機(jī)2的12引腳。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，紅外遙控器常用載波的方式傳送二進(jìn)制編碼，常用的載波頻率為38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振來(lái)決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來(lái)決定。所以，紅外遙控器是將遙控信號(hào)（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去的。紅外接收設(shè)備是由紅外接收電路、紅外解碼、電源和應(yīng)用電路組成。紅外遙控接收器的主要作用是將遙控發(fā)射器發(fā)來(lái)的紅外光信好轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再放大、限幅、檢波、整形，形成遙控指令脈沖，輸出至遙控微處理器。

本實(shí)施例中溫度傳感器模塊22采用芯片DS18820，其電路原理圖如圖11所示，溫度傳感器模塊22的2引腳接單片機(jī)2的17引腳。DS18820可以直接讀出數(shù)字的溫度數(shù)值，溫度傳感器模塊22的精度為用戶可編程的9，10，11或12位，分別以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量遞增，在上電狀態(tài)下默認(rèn)的精度為12位，DS18B20啟動(dòng)后保持低功耗等待狀態(tài),當(dāng)需要執(zhí)行溫度測(cè)量和AD轉(zhuǎn)換時(shí)，總線控制器必須發(fā)出命令，轉(zhuǎn)換完以后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個(gè)字節(jié)的形式被存儲(chǔ)到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。

本實(shí)施例中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊8采用芯片ULN2003D，其電路原理圖如圖12所示，ULN2003D的1引腳、2引腳、3引腳、4引腳、5引腳分別與單片機(jī)2的1引腳、2引腳、3引腳、4引腳、6引腳連接。蜂鳴器模塊5的BZ引腳與ULN2003D的12引腳連接。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。ULN2003D是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成,用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器模塊5。

本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27采用型號(hào)為STM32F103RDT6的STM32系列單片機(jī)，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確；語(yǔ)音模塊15采用芯片NVO80c,其電路原理圖如圖13所示,NVO80c的3引腳與實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27的36引腳連接。實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27與單片機(jī)2的單片機(jī)型號(hào)和單片機(jī)引腳序列相同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27的各引腳與單片機(jī)2的各引腳分別對(duì)應(yīng)連接。通過(guò)單片機(jī)2下載程序，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27輸出信號(hào)，語(yǔ)音模塊15控制揚(yáng)聲器16發(fā)出“實(shí)驗(yàn)成功”的語(yǔ)音。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)模塊27輸出信號(hào)，語(yǔ)音模塊15控制揚(yáng)聲器16發(fā)出“實(shí)驗(yàn)失敗”的語(yǔ)音。

本實(shí)用新型C51系列單片機(jī)為核心進(jìn)行操作，有16種單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示功能，有藍(lán)牙模塊14、WiFi模塊12和物聯(lián)網(wǎng)模塊13實(shí)現(xiàn)不同的單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板之間的信息互通。使用者通過(guò)單片機(jī)開發(fā)板可做16種不同的實(shí)驗(yàn)，然后再通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器上。與此同時(shí)，本實(shí)用新型還具有自動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的功能，使用者進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)板實(shí)驗(yàn)后，單片機(jī)教學(xué)開發(fā)板可自動(dòng)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確，并通過(guò)揚(yáng)聲器16進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。