一种模块化单片机实训仪制造技术

本发明专利技术涉及一种模块化新型单片机实训仪，该实训仪包括母板、子板和底板；母版设置在底板的上侧；子板设置在底板上；子板与母版的总线连接；母板上设置有母板CPU、连线开关区和多个电子模块；所述连线开关区包括多个连线开关，连线开关的一端连接CPU，另一端连接子板或者电子模块；通过连线开关实现单片机间的自由转换，节约了用户投资，提高了实训仪的性价比；直接采用连线开关实现连接，不存在反复拔插带来的磨损问题，提高了实验效率，降低了维护成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模块化单片机实训仪，属于教学仪器的

技术介绍
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O端口、中断系统和定时器/计时器等电子元件(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。如今单片机已经渗透到我们生活的各个领域，起着不可替代的作用，所以对于单片机相关知识的学习和掌握变得非常重要，而做单片机实验是单片机学习中尤为重要的一部分。在以往的单片机实验中，用户往往在厂家提供的一整块大电路板上进行多种操作，并且很多功能模块的信号控制引脚已经在电路板上固定连接好，用户无法自己体验各个控制引脚的功能，并且无法设计自己的电路方案，仅能根据厂家固定的连接方式，锻炼一下编程能力。这种实验方式，优点是简单，但是不利于用户深入理解单片机的工作原理，也无法锻炼自己的系统设计能力。以往的单片机实训仪可扩展性不强，能够完成的实验内容有限，一般只能满足验证性实验，无法完成创新性实验。以往的单片机实训仪只能满足单一型号的单片机的实验，无法实现多门课的资源共享，造成一定的重复建设和资源浪费。这些缺点的存在为单片机实训仪的设计提出了新的要求。单片机实训仪应该兼顾8位MCS-51单片机，8位新型AVR单片机，16位MSP430单片机以及32位STM32 Cortex M系列单片机的实验要求，能够实现一机多用。要求单片机实训仪具有全开放式连接结构，要求采用模块化结构支持持续的功能扩充，甚至用户自己设计模块进行插接。中国专利CN201829080U(ZL201020560376.5)公开了一种开放型独立模块式单片机教学实验箱。该实验箱采用双层设计，底层为电源底板层，上层为模块层；为开放式结构；模块层设置11个模块，分别为：主控制器模块、I/O口扩展模块、传感器模块、矩阵键盘模块、流水灯按键模块、数码管模块、电机模块、数模模数转换模块、存储器模块、继电器模块和交通灯模块，每个模块通过标准的电源接口连接在电源底板层上。该实验箱采用完全独立模块化设计，实验组织更加灵活，通用性更强；电源底板与模块双层设计，预留有标准接口，扩展性更强；但是此种实验箱需要通过插口或者连接线将模块与电源底层板上；插口连接， 操作困难，连接线连接的方式连线繁杂，降低实验效率，而且，无论是哪种连接方式，反复的拔插容易损坏插口，维护成本高，实用性底。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种模块化单片机实训仪，该实训仪采用全开放式信号连接，支持多型号的单片机，并通过连线开关进行任意切换，实现了一机多用；采用模块化设计，利于用户理解各个控制引脚的功能；而且该实训仪改变了传统的插口或者连接线的连接方式，直接采用连线开关实现连接，简单明了，而且也不存在反复拔插带来的磨损问题，提高了实验效率，降低了维护成本。本专利技术采用的技术方案是：一种模块化单片机实训仪，包括母板、子板和底板；母版设置在底板的上侧；子板设置在底板上；子板与母版的总线连接；母板上设置有母板CPU、连线开关区和多个电子模块；所述连线开关区包括多个连线开关，所述连线开关的一端连接母板CPU，另一端连接子板或者所述电子模块。连线开关的启闭用于控制母板CPU与连接子板或者电子模块的连接，连线开关区相当于一个模块调用控制台，没有连线的复杂，操作方便高效。根据本专利技术优选的，所述母板CPU包括2个双排32pin排母；所述电子模块包括电源电路、键盘、显示电路、开关量产生、开关量指示、继电器输出电路、电机驱动电路、蜂鸣器电路、RS232串口通信电路、交通信号灯指示电路、霍尔元件传感器电路、LS138一码电路、音频功放电路和五向开关指示电路；所述音频功放电路连接有扬声器。根据本专利技术进一步优选的，所述电机驱动电路包括直流电机和步进电机；电机驱动电路驱动的最大电流是2A；所述直流电机包括霍尔传感器和驱动电路；所述步进电机包括设置有相位指示灯的驱动电路；所述显示电路包括LCD与16××16点阵接口电路；所述LCD包括1602、12864及2.8吋TFT彩色LCD；所述继电器输出电路采用TLP281光耦隔离；所述键盘包含一个4××4矩阵式键盘和3个独立式键盘，4××4矩阵式键盘通过7279芯片或者8255IO接口控制；所述电源电路包括12V、±5V及3.3V电源，电源电路的功率大于35W。霍尔传感器及其驱动电路用于直流电机的转速检测；直流电机驱动电路具有电机转向及PWM转速调节能力；继电器输出电路采用TLP281光耦隔离可以消去继电器线圈对输入级的影响干扰。用户可以通过8位DIP开关自由选择4×4矩阵式键盘的管理芯片；3个独立式键盘通过二极管构成逻辑与电路，从而实现共用一个中断接口。根据本专利技术优选的，所述子板包括PIO子板、CPU子板、AD/DA子板、实时时钟RTC子板、I2C子板,存储器Memory子板、传感器Sensors子板、通信Communication子板、信号发生 器子板、MP3子板、语音录放子板、无线通信Wireless子板、3G通信子板、USB接口子板、以太网Ethernet子板、DDS子板、IC卡及射频卡读写子板。子板的设计能够提供充足的功能模块供用户实验和设计。满足了学生除了实验课以外的电子设计用途。根据本专利技术进一步优选的，所述AD/DA子板包括+5V转-5V电源电路、0-5V模拟信号提供电路、ADC0809模数转换电路、DAC0832数模转换电路；所述ADC0809模数转换电路为8位逐次逼近型AD转换器；所述DAC0832数模转换电路为建立时间为1us的CMOS工艺、8位并行、电流型中速DA转换芯片；所述PIO子板包括SN74LS164/SN74LS165AD串并转换模块、SN74LS373DW锁存扩展并行输入输出模块、8255A可编程扩展并行输入输出模块；所述实时时钟RTC子板采用DS12887时钟芯片，内部晶振和外部锂电池集成于DS12887时钟芯片内部；所述I2C子板包括TLC549CD串行ADC模块、TLC5615串行DA模块、DS12887串行时钟模块和PCF8574串口转并口模块；所述传感器Sensors子板包括红外对管收发电路模块、18B20测温模块、DHT11测温湿度电路以及传感器扩展区；所述通信Communication子板包括485通信和CAN总线通信；所述无线通信Wireless子板为一个无线通信连接板；所述3G通信子板插接有华为3G模块MG323；所述以太网Ethernet子板设置有以太网管理芯片W5100。所述ADC0809模数转换电路可以分时采集8路模拟信号，转换时间为100us左右。DS12887芯片具有微功耗，外围电路简单，精度高，工作稳定可靠特点，可广泛应用各种需要较高精度的实时时钟场合中。传感器扩展区用于扩展超声波测距、雷达测距、红外热释电等电路；所述无线通信连接板便于连接PT2272无线通信模块和24L01无线通信模块。所述以太网管理芯片W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化单片机实训仪，其特征在于，包括母板、子板和底板；母版设置在底板的上侧；子板设置在底板上；子板与母版的总线连接；母板上设置有母板CPU、连线开关区和多个电子模块；所述连线开关区包括多个连线开关，所述连线开关的一端连接母板CPU，另一端连接子板或者所述电子模块。

【技术特征摘要】
1.一种模块化单片机实训仪，其特征在于，包括母板、子板和底板；母版设置在底板的
上侧；子板设置在底板上；子板与母版的总线连接；母板上设置有母板CPU、连线开关区和
多个电子模块；所述连线开关区包括多个连线开关，所述连线开关的一端连接母板CPU，另
一端连接子板或者所述电子模块。
2.如权利要求1所述的模块化单片机实训仪，其特征在于：所述母板CPU包括2个双排
32pin排母；所述电子模块包括电源电路、键盘、显示电路、开关量产生、开关量指示、继
电器输出电路、电机驱动电路、蜂鸣器电路、RS232串口通信电路、交通信号灯指示电路、
霍尔元件传感器电路、LS138一码电路、音频功放电路和五向开关指示电路；所述音频功放
电路连接有扬声器。
3.如权利要求2所述的模块化单片机实训仪，其特征在于：所述电机驱动电路包括直流
电机和步进电机；电机驱动电路驱动的最大电流是2A；所述直流电机包括霍尔传感器和驱动
电路；步进电机包括设置有相位指示灯的驱动电路；所述显示电路包括LCD与16×16点阵接
口电路；所述LCD包括1602、12864及2.8吋TFT彩色LCD；所述继电器输出电路采用TLP281
光耦隔离；所述键盘包含一个4×4矩阵式键盘和3个独立式键盘，4×4矩阵式键盘通过7279
芯片或者8255IO接口管理；所述电源电路包括12V、±5V及3.3V电源，电源电路的功率大
于35W。
4.如权利要求1所述的模块化单片机实训仪，其特征在于：所述子板包括PIO子板、CPU
子板、AD/DA子板、实时时钟RTC子板、I2C子板,存储器Memory子板、传感器Sensors
子板、通信Communication子板、信号发生器子板、MP3子板、语音录放子板、无线通信Wireless
子板、3G通信子板、USB接口子板、以太网Ethernet子板、DDS子板、IC卡及射频卡读写子
板。
5.如权利要求4所述的模块化单片机实训仪，其特征在于：所述AD/DA子板包括+5V转
-5V电源电路、0-5V模拟信号提供电路、ADC0809模数转换电路、DAC0832数模转换电路；所
述ADC0809模数转换电路为8位逐次逼近型AD转换器；所述DAC0832数模转换电路为建立时
间为1us的CMOS工艺、8位并行、电流型中速DA转换芯片；所述PIO子板包括
SN74LS164/SN74LS165AD串并转换模块、SN74LS373DW锁存扩展并行输入输出模块、8255A可
编程扩展并行输入输出模块；所述实时时钟RTC子板采用DS12887时钟芯片，内部晶振和外
部锂电池集成于DS12887时钟芯片内部；所述I2C子板包括TLC549CD串行ADC模块、TLC5615
串行DA模块、DS12887串行时钟模块和PCF8574串口转...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗华，于涛，陈召村，李峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37