一種模塊化單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀，屬于教學(xué)儀器的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O端口、中斷系統(tǒng)和定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等電子元件(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如今單片機(jī)已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，起著不可替代的作用，所以對(duì)于單片機(jī)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握變得非常重要，而做單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是單片機(jī)學(xué)習(xí)中尤為重要的一部分。
[0003]在以往的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中，用戶往往在廠家提供的一整塊大電路板上進(jìn)行多種操作，并且很多功能模塊的信號(hào)控制引腳已經(jīng)在電路板上固定連接好，用戶無(wú)法自己體驗(yàn)各個(gè)控制引腳的功能，并且無(wú)法設(shè)計(jì)自己的電路方案，僅能根據(jù)廠家固定的連接方式，鍛煉一下編程能力。這種實(shí)驗(yàn)方式，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但是不利于用戶深入理解單片機(jī)的工作原理，也無(wú)法鍛煉自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。
[0004]以往的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀可擴(kuò)展性不強(qiáng)，能夠完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有限，一般只能滿足驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。
[0005]以往的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀只能滿足單一型號(hào)的單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多門課的資源共享，造成一定的重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。
[0006]這些缺點(diǎn)的存在為單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀的設(shè)計(jì)提出了新的要求。單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀應(yīng)該兼顧8位MCS-51單片機(jī)，8位新型AVR單片機(jī)，16位MSP430單片機(jī)以及32位STM32 Cortex M系列單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多用。要求單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀具有全開(kāi)放式連接結(jié)構(gòu)，要求采用模塊化結(jié)構(gòu)支持持續(xù)的功能擴(kuò)充，甚至用戶自己設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行插接。
[0007]中國(guó)專利CN201829080U(ZL201020560376.5)公開(kāi)了一種開(kāi)放型獨(dú)立模塊式單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。該實(shí)驗(yàn)箱采用雙層設(shè)計(jì)，底層為電源底板層，上層為模塊層；為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)；模塊層設(shè)置11個(gè)模塊，分別為:主控制器模塊、I/o 口擴(kuò)展模塊、傳感器模塊、矩陣鍵盤(pán)模塊、流水燈按鍵模塊、數(shù)碼管模塊、電機(jī)模塊、數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲(chǔ)器模塊、繼電器模塊和交通燈模塊，每個(gè)模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的電源接口連接在電源底板層上。該實(shí)驗(yàn)箱采用完全獨(dú)立模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)組織更加靈活，通用性更強(qiáng)；電源底板與模塊雙層設(shè)計(jì)，預(yù)留有標(biāo)準(zhǔn)接口，擴(kuò)展性更強(qiáng)；但是此種實(shí)驗(yàn)箱需要通過(guò)插口或者連接線將模塊與電源底層板上；插口連接，操作困難，連接線連接的方式連線繁雜，降低實(shí)驗(yàn)效率，而且，無(wú)論是哪種連接方式，反復(fù)的拔插容易損壞插口，維護(hù)成本高，實(shí)用性底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模塊化單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀，該實(shí)訓(xùn)儀采用全開(kāi)放式信號(hào)連接，支持多型號(hào)的單片機(jī)，并通過(guò)連線開(kāi)關(guān)進(jìn)行任意切換，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用；采用模塊化設(shè)計(jì)，利于用戶理解各個(gè)控制引腳的功能；而且該實(shí)訓(xùn)儀改變了傳統(tǒng)的插口或者連接線的連接方式，直接采用連線開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)連接，簡(jiǎn)單明了，而且也不存在反復(fù)拔插帶來(lái)的磨損問(wèn)題，提高了實(shí)驗(yàn)效率，降低了維護(hù)成本。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種模塊化單片機(jī)實(shí)訓(xùn)儀，包括母板、子板和底板；母版設(shè)置在底板的上側(cè)；子板設(shè)置在底板上；子板與母版的總線連接；母板上設(shè)置有母板CPU、連線開(kāi)關(guān)區(qū)和多個(gè)電子模塊；所述連線開(kāi)關(guān)區(qū)包括多個(gè)連線開(kāi)關(guān)，所述連線開(kāi)關(guān)的一端連接母板CPU，另一端連接子板或者所述電子模塊。連線開(kāi)關(guān)的啟閉用于控制母板CPU與連接子板或者電子模塊的連接，連線開(kāi)關(guān)區(qū)相當(dāng)于一個(gè)模塊調(diào)用控制臺(tái)，沒(méi)有連線的復(fù)雜，操作方便高效。
[0011]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述母板CPU包括2個(gè)雙排32pin排母；所述電子模塊包括電源電路、鍵盤(pán)、顯示電路、開(kāi)關(guān)量產(chǎn)生、開(kāi)關(guān)量指示、繼電器輸出電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、蜂鳴器電路、RS232串口通信電路、交通信號(hào)燈指示電路、霍爾元件傳感器電路、LS138 一碼電路、音頻功放電路和五向開(kāi)關(guān)指不電路；所述音頻功放電路連接有揚(yáng)聲器。
[0012]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)的最大電流是2A ;所述直流電機(jī)包括霍爾傳感器和驅(qū)動(dòng)電路；所述步進(jìn)電機(jī)包括設(shè)置有相位指示燈的驅(qū)動(dòng)電路；所述顯示電路包括LCD與16X X 16點(diǎn)陣接口電路；所述IXD包括1602、12864及2.8吋TFT彩色I(xiàn)XD ;所述繼電器輸出電路采用TLP281光耦隔離；所述鍵盤(pán)包含一個(gè)4X X 4矩陣式鍵盤(pán)和3個(gè)獨(dú)立式鍵盤(pán)，4X X 4矩陣式鍵盤(pán)通過(guò)7279芯片或者825510接口控制；所述電源電路包括12V、±5V及3.3V電源，電源電路的功率大于35W。霍爾傳感器及其驅(qū)動(dòng)電路用于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路具有電機(jī)轉(zhuǎn)向及PWM轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)能力；繼電器輸出電路采用TLP281光耦隔離可以消去繼電器線圈對(duì)輸入級(jí)的影響干擾。用戶可以通過(guò)8位DIP開(kāi)關(guān)自由選擇4X4矩陣式鍵盤(pán)的管理芯片；3個(gè)獨(dú)立式鍵盤(pán)通過(guò)二極管構(gòu)成邏輯與電路，從而實(shí)現(xiàn)共用一個(gè)中斷接口。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述子板包括P1子板、CPU子板、AD/DA子板、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC子板、I2C子板，存儲(chǔ)器Memory子板、傳感器Sensors子板、通信Communicat1n子板、信號(hào)發(fā)生器子板、MP3子板、語(yǔ)音錄放子板、無(wú)線通信Wireless子板、3G通信子板、USB接口子板、以太網(wǎng)Ethernet子板、DDS子板、IC卡及射頻卡讀寫(xiě)子板。子板的設(shè)計(jì)能夠提供充足的功能模塊供用戶實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。滿足了學(xué)生除了實(shí)驗(yàn)課以外的電子設(shè)計(jì)用途。
[0014]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述AD/DA子板包括+5V轉(zhuǎn)-5V電源電路、0-5V模擬信號(hào)提供電路、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路；所述ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路為8位逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器；所述DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為建立時(shí)間為Ius的CMOS工藝、8位并行、電流型中速DA轉(zhuǎn)換芯片；所述P1子板包括SN74LS164/SN74LS165AD串并轉(zhuǎn)換模塊、SN74LS373DW鎖存擴(kuò)展并行輸入輸出模塊、8255A可編程擴(kuò)展并行輸入輸出模塊；所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC子板采用DS12887時(shí)鐘芯片，內(nèi)部晶振和外部鋰電池集成于DS12887時(shí)鐘芯片內(nèi)部；所述I2C子板包括TLC549CD串行ADC模塊、TLC5615串行DA模塊、DS12887串行時(shí)鐘模塊和PCF8574串口轉(zhuǎn)并口模塊；所述傳感器Sensors子板包括紅外對(duì)管收發(fā)電路模塊、18B20測(cè)溫模塊、DHTll測(cè)溫濕度電路以及傳感器擴(kuò)展區(qū)；所述通信Communicat1n子板包括485通信和CAN總線通信；所述無(wú)線通信Wireless子板為一個(gè)無(wú)線通信連接板；所述3G通信子板插接有華為3G模塊MG323 ;所述以太網(wǎng)Ethernet子板設(shè)置有以太網(wǎng)管理芯片W5100。所述ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以分時(shí)采集8路模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10us左右。DS12887芯片具有微功耗，外圍電路簡(jiǎn)單，精度高，工作穩(wěn)定可靠特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘場(chǎng)合中。傳感器擴(kuò)展區(qū)用于擴(kuò)展超聲波測(cè)距、雷達(dá)測(cè)距、紅外熱釋電等電路；所述無(wú)線通信連接板便于連接PT2272無(wú)線通信模塊和24L01無(wú)線通信模塊。所述以太網(wǎng)管理芯片W5100使以太網(wǎng)Ethernet子板具有完整的TCP/IP硬件協(xié)議棧功能。
[0015]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述信號(hào)發(fā)生器子板包括方波、三角波、正弦波信號(hào)發(fā)生電路、脈沖、鋸齒波發(fā)生電路；所述方波、三角波、正弦波信號(hào)由ICL8038為核心芯片產(chǎn)生，經(jīng)比較器，放大器形成；所述脈沖、鋸齒波信號(hào)是555定時(shí)器產(chǎn)生經(jīng)比較、放大得到，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)頻率最大值是20?20kHz ;所述DDS子板設(shè)置有可編程正弦波、方波信號(hào)生成芯片AD9850 ；DDS子板生成信號(hào)的頻率的最大值是20MHz ;所述語(yǔ)音錄放Recorder子板設(shè)置有ISD1760語(yǔ)音錄放芯片、外部音頻輸入輸出和板上麥克風(fēng)；所述MP3子板設(shè)置有VS1003 MP3解碼芯片、板上MIC、耳機(jī)和喇叭輸出、SD卡插槽，所述SD卡插槽最大支持2G SD卡；所述USB子板包括USB Host與USB Device擴(kuò)展子板，所述USB Device擴(kuò)展子板上設(shè)置有CH375芯片；所述IC及射頻卡讀寫(xiě)電路子板，包括IC卡讀寫(xiě)插座及控制接口電路、IS014443射頻卡接口電路；所述IS0