多功能單片機實驗開發板的製作方法
2023-04-25 07:11:26 1
專利名稱：多功能單片機實驗開發板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種單片機實驗開發裝置，特別是一種多功能單片機實驗開 發板。用於單片機實驗教學、單片機產品開發領域。
背景技術：
近年來，單片機技術以前所未有的勢頭迅猛發展。在生產與技術開發領 域，成為電子技術、自動化技術、計算機技術、檢測技術和通信技術中的一 個重要的開發工具。市場對從事單片機開發人員的需求非常迫切，這也對單 片機教學和實踐提出了更高的要求。
單片機系統具有"硬體決定軟體，程序基於硬體"的特點。在外表上實 現相同功能的系統，其硬體設計往往有多種形式，系統軟體的設計也不相同。 在單片機的學習和相關產品的開發過程中，單片機實驗板起著非常重要的作 用。傳統的單片機實驗板透明度不高，實驗板上的晶片、接口都是固定連接 的，硬體只需要很少連接，甚至不需要連接，就能直接進行編程設計。這就 把單片機以硬體為主，軟硬結合的訓練變相地轉化成了純軟體的訓練。因此 這種實驗板的兼容性不強，靈活性有限，不能很好地滿足單片機教學實驗的 要求，也很難作為單片機產品的開發板使用。
發明內容
本發明的目的是為了使學習者在硬體設計和軟體設計方面全面得到真正 訓練和學習而提供的一種多功能單片機實驗開發板。該板一改以往的固定線 路、固定接口、固定晶片的模式，對板上的硬體資源採用了全部開放的結構， 提供了比較豐富的接口以及眾多構成單片機系統最常用的、同時也是最基本 的外圍功能電路。板上的單片機引腳全部開放，同時將單片機系統中最常用的顯示、按鍵、鍵盤等都作為獨立的開放單元模塊，其連接信號接口和電源 接口也是開放的。這樣學習者就可以非常靈活地構建自己的系統，並且可以 作為單片機產品的開發板使用。
本發明是通過以下技術方案實現的
一種多功能單片機實驗開發板，板體上設置有系統電源、MCU座和外圍 功能模塊單元三部分；系統電源包括電源指示燈、極性保護電路、開關、集 成穩壓器7805、電源濾波電容；MCU座包括40引腳鎖緊插座、短路排、ISP 下載接口、 JTAG接口；外圍功能模塊單元包括LED發光二極體、LCD液晶顯 示器接口、 8段LED數碼管顯示電路、可調直流電壓源、LED點陣顯示模塊、 矩陣鍵盤、獨立按鍵、功率驅動、系統時鐘電路、RC濾波電路、方波脈衝發 生器、擴展插座、無源蜂鳴器、外部復位電路、RS232串行接口單元；各部 件及外圍功能模塊單元的輸入輸出引腳均設置有接線孔；其中MCU座的6、 7、 8、 9管腳通過短路排與2X5針的ISP下載接口連接；MCU座的24、 25、 26、 27管腳通過短路排與2X5針的JTAG接口連接；MCU座的12、 13、 18、 19管腳通過短路排與系統時鐘電路的XI、 X2連接；MCU座的9管腳通過短路 排與外部復位電路的短路排連接；系統電源的+5V和GND分別與各外圍功能 模塊單元的電源和接地端連接；各外圍功能模塊單元工作方式通過短路排跳 線選擇。
所述板體上設有數個40引腳鎖緊插孔。 所述各外圍功能模塊單元之間通過接線孔用導線插接。 本發明中各外圍功能模塊單元相對獨立，不僅可以增加更多的設計性實 驗內容，提高實驗技術水平，而且可以加強硬體動手部分的訓練，啟發使用 者的創造性、發散性思維，更能針對個體的興趣，選擇不同類型和深度的設計性、綜合性實驗內容，使不同程度的學習者在實驗中既掌握了單片機課程 的基礎，又提高了綜合設計能力和工程應用水平。另外，還可以作為一些單 片機產品設計的開發板供研發人員使用。
圖1為本發明結構示意圖
圖2為系統電源原理圖
圖3為MCU座連接原理圖 圖4為LED發光二極體連接原理圖 圖5為LCD液晶顯示器接口連接原理圖 圖6為8段LED數碼管顯示電路連接原理圖 圖7為可調直流電壓源連接原理圖 圖8為LED點陣顯示模塊連接原理圖 圖9為矩陣鍵盤連接原理圖 圖10為獨立按鍵連接原理圖 圖11為功率驅動連接原理圖 圖12為系統時鐘電路連接原理圖 圖13為RC濾波電路連接原理圖 圖14為方波脈衝發生器連接原理圖 圖15為擴展插座連接原理圖 圖16為無源蜂鳴器連接原理圖 圖17為外部復位電路連接原理圖 圖18為RS232串行接口單元連接原理圖具體實施方式
實施例
下面以圖1至圖18為實施例，說明本發明的結構特徵，技術性能和效果。
參閱圖1，本實施例中，本發明是在板體設置系統電源1、 MCU座2和15 個外圍功能模塊單元，15個外圍功能模塊單元包括LED發光二極體3、 LCD 液晶顯示器接口 4、 8段LED數碼管顯示電路5、可調直流電壓源6、 LED點 陣顯示模塊7、矩陣鍵盤8、獨立按鍵9、功率驅動IO、系統時鐘電路ll、 RC濾波電路12、方波脈衝發生器13、擴展插座14、無源蜂鳴器15、外部復 位電路16、 RS232串行接口單元17;板體上設有數個40引腳鎖緊插孔。
參閱圖2，系統電源1可以在8-12V輸入電壓範圍內提供高穩定的5V/1A 的系統電源，配有電源指示燈、極性保護電路及開關。 一般工作時，輸入電 壓為9V;系統電源部分採用U1為實驗板工作提供需要的5V/1A電源；另外， 板上還有多個高、低頻電源濾波電容。
參閱圖3， MCU座2包括兩個40引腳鎖緊插座、短路排、ISP下載接口、 JTAG接口；其中一個40引腳插座與6組短路排(JU1)、 2組短路排(X2和 Xl)、 JU2—GND和JU3—VCC配合，構成通用51系列40引腳單片機兼容的方 式，適用於AT89S5x系列單片機和ATmega8515單片機；另一個40引腳插座 與10座短路排(JU4)、 3組短路排(JU7)、 4組短路排JU8配合，適用於 ATmegal6、 ATmega8535和ATmega32單片機。另外， 一邊設計了 2X5針的ISP 下載接口 ，用於配合與STK200/300兼容的ISP下載線實現對AT89S5x和AVR 單片機進行程序下載和熔絲位的配置；另一邊設計了 2X5針的JTAG接口， 用於配合使用專用的JTAG仿真器實現對含有JTAG接口的AVR單片機進行在 片實時仿真調試，以及程序下載和熔絲位的配置。由於兩個插座引腳是全部 開放的，當其中一個插座插入單片機後，另一個就可以作為擴展插座使用，例如插入DIP封裝的EEPR0M晶片24C256做I2C通信實驗等。
圖4至圖18為本實施例15個外圍功能模塊單元連接原理圖。 參閱圖4， LED發光二極體3包括8路LED發光二極體，用於輸出顯示。 參閱圖5， LCD液晶顯示器接口 4為標準2X 16字符的LCD液晶顯示器
接口，同時還兼容3310圖像液晶顯示器接口。
參閱圖6， 8段LED數碼管顯示電路5包括8位8段LED數碼管顯示電
路，採用共陰極連接，動態掃描方式點亮。
參閱圖7，可調直流電壓源6是由精密電位器與電源組成的0-5V的可調
直流電壓源，作為ADC的輸入電壓源，用於實現A/D轉換、直流電壓表、模
擬溫度計等實驗。
參閱圖8， LED點陣顯示模塊7是一個8X8LED點陣顯示模塊，可用於
進行點陣字符、小型廣告屏、各種指示器等實驗。
參閱圖9，矩陣鍵盤8為4X3矩陣鍵盤，用於鍵盤輸入信息等。 參閱圖IO，獨立按鍵9包括4個獨立按鍵，用於按鍵輸入、外部中斷輸
入、復位按鍵等。
參閱圖11，功率驅動10為7路300mA功率驅動，用於驅動小型步進電 機、繼電器等。
參閱圖12，系統時鐘電路11包括1個4MHz和1個11. 0592MHz晶體， 可以為單片機提供不同的外部時鐘。
參閱圖13， RC濾波電路12是由電阻和電容組成的一個濾波電路，可以 用於對P麗輸出的平滑。
參閱圖14，方波脈衝發生器13使用一個2. 048MHz的晶體振蕩器，經過 CD4060分頻提供125Hz 128kHz、佔空比為50%的10種頻率方波脈衝信號，作為頻率、周期測量實驗的輸入信號。
參閱圖15，擴展插座14包括1個40引腳窄型擴展座和1塊標準PCB
板，用於擴展和插入其他外圍晶片。
參閱圖16，無源蜂鳴器15主要用於聲音的輸出。
參閱圖17，外部復位電路16通過短路片提供兩種復位方式，以滿足不 同系列單片機復位電平不同的要求。
參閱圖18， RS232串行接口單元17通過MAX202電平轉換，連接單片機 的USART口，實現與外部的串行通信。
本發明可以兼容部分AVR系列和51系列單片機的實驗和開發，單片機所 有的基本功能和單元實驗包括I/0使用、ADC、時鐘、中斷、P麗、鍵盤、按 鍵、LED、 LED數碼管、LCD顯示、測頻率、測周期、功率驅動、蜂鳴器、RS232 等都可以在板上實現。如果將這些單元有機組合，還可以實現一些實際電子 產品的設計。本發明用於單片機教學實驗，不僅可以增加更多的設計性實驗 內容，提高實驗技術水平，而且可以加強硬體動手部分的訓練，啟發使用者 的創造性、發散性思維，更能針對個體的興趣，選擇不同類型和深度的設計 性、綜合性實驗內容，使不同程度的學習者在實驗中既掌握了單片機課程的 基礎，又提高了綜合設計能力和工程應用水平，可以廣泛應用於單片機實驗 教學和產品開發中。
權利要求
1. 一種多功能單片機實驗開發板，其特徵在於板體上設置有系統電源(1)、MCU座(2)及數個外圍功能模塊單元即LED發光二極體(3)、LCD液晶顯示器接口(4)、8段LED數碼管顯示電路(5)、可調直流電壓源(6)、LED點陣顯示模塊(7)、矩陣鍵盤(8)、獨立按鍵(9)、功率驅動(10)、系統時鐘電路(11)、RC濾波電路(12)、方波脈衝發生器(13)、擴展插座(14)、無源蜂鳴器(15)、外部復位電路(16)、RS232串行接口單元(17)；各部件及外圍功能模塊單元的輸入輸出引腳均設置有接線孔；所述MCU座(2)包括40引腳鎖緊插座、短路排、ISP下載接口、JTAG接口；其中MCU座(2)的6、7、8、9管腳通過短路排與2×5針的ISP下載接口連接；MCU座(2)的24、25、26、27管腳通過短路排與2×5針的JTAG接口連接；MCU座(2)的12、13、18、19管腳通過短路排與系統時鐘電路(11)的X1、X2連接；MCU座(2)的9管腳通過短路排與外部復位電路(16)的短路排連接；系統電源(1)的+5V和GND分別與各外圍功能模塊單元的電源和接地端連接；各外圍功能模塊單元工作方式通過短路排跳線選擇。
2、 根據權利要求1所述的多功能單片機實驗開發板，其特徵在於所述板 體上設有數個40引腳鎖緊插孔。
3、 根據權利要求1所述的多功能單片機實驗開發板，其特徵在於各外圍 功能模塊單元之間通過接線孔用導線插接。
全文摘要
本發明公開了一種多功能單片機實驗開發板，應用於單片機實驗教學和單片機產品開發等領域，其特點是板體上設置有系統電源、MCU座及數個外圍功能模塊單元即LED發光二極體、LCD液晶顯示器接口、8段LED數碼管顯示電路、可調直流電壓源、LED點陣顯示模塊、矩陣鍵盤、獨立按鍵、功率驅動、系統時鐘電路、RC濾波電路、方波脈衝發生器、擴展插座、無源蜂鳴器、外部復位電路、RS232串行接口單元；各個外圍功能模塊單元相對獨立，可以根據設計需要進行靈活組合；板體上設有數個40引腳的鎖緊插孔，可以兼容多個系列的單片機，可以廣泛應用於單片機實驗教學和產品開發中。
文檔編號G09B25/00GK101281697SQ20081003826
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月29日 優先權日2008年5月29日
發明者劉中元, 李慶利, 豫 金, 潮 馬 申請人:華東師範大學