模塊化單片機實驗箱的製作方法
2023-04-28 05:58:16 7
專利名稱：模塊化單片機實驗箱的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學用實驗箱，尤其是一種才莫塊化設計的單 片機實驗箱，屬於教學儀器技術領域。 背景4支術
目前，教學用單片機實驗箱基本上都是一體化設計，即所有的電 路和元器件都固定在一個電路板上，而且各實驗箱都只進行單一功能
的實驗。由此帶來的缺陷是l)實驗功能難以擴展，不利於學生的 創新設計，多項複雜實驗難以實現；2)各實驗電路彼此孤立，學生 在作實驗時需要連接很多線，尤其是複雜的實驗因連線太多而易造成 混亂，由此導致電路硬體的可靠性和實驗的成功率降低；3)現有的 各種單一的實驗箱(如單片機實驗箱、EDA實驗箱、ARM實驗箱和DSP 實驗箱)中很多模塊都相同，但卻不能相互通用，造成資源浪費。
實用新型內容
本實用新型的目的在於針對以上現有單片機實驗箱存在的缺 點，提出一種模塊化單片機實驗箱，該實驗箱通過對其電路進行模塊 化設計，實現在一個實驗箱中可任意進行單或多項實驗，並使各種實 驗電路成為通用的可更換模塊，從而節省教學成本並提高教學實驗的質量。
為了達到以上目的，本實用新型的模塊化單片機實驗箱主要包括 安置於箱體內的主電路板，所述主電路板含有通過印製板走線彼此連 接的單片機電路、電源電路、顯示電路、鍵盤和外接數據接口，改進 之處是，還包括擴展電路板，所述主電路板含有擴展接口，所述擴展 電路板含有實驗電路和實驗電路接口 ，所述實驗電路接口插接於擴展接口上。
上述模塊化單片機實驗箱的進一步改進是，所述擴展接口由擴展 電源接口和擴展數據接口構成，所述實驗電路接口由實驗電路電源接 口和實驗電路數據接口構成，所述實驗電路電源接口和實驗電路數據 接口分別插接於擴展電源接口和擴展數據接口上。
由上述可知，本實用新型的模塊化單片機實驗箱相比現有的實驗 箱，由於將實驗電路製作在可與主電路板活接的擴展電路板上，實現 了實驗電路的模塊化，從而在一個實驗箱上即可完成單或多個實驗項 目，由此大大擴展了現有實驗箱的實驗功能和實驗電路之間的互換 性，而且因免除外露導線的連接，能夠提高電路硬體的可靠性和實驗 的成功率。以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。 圖l是本實用新型實施例一的總體結構框圖。
圖2是
圖1中主電路板的電路原理圖。 圖3是
圖1中擴展電路板的電路原理圖。 圖4是本實用新型實施例二的總體結構框圖。 圖5是圖4中主電路板的電路原理圖。 圖6是圖4中擴展電路板的電路原理圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例的模塊化單片機實驗箱如
圖1所示，主要包括安置於箱 體內的主電路板1和擴展電路板2;此外，圍繞主電路板l還設有外 設計算機3。主電路板1主要含有通過印製板走線彼此連接的單片機 電路4和第一擴展接口5;此外，主電路板l還含有通過印製板走線彼此連接的電源電路6、顯示電路、鍵盤11和外接數據接口；顯示 電路由液晶顯示電路8、數碼管顯示電路9和LED顯示電路10構成； 外接數據接口由串行接口 12和ISP下載接口 13構成。外設計算機3 通過ISP下載器14和數據線與主電路板1的ISP下載接口 13連接， 並輸出信號到主電路板1的單片機上。擴展電路板2則通過其上的實 驗電路接口與主電路板1上的擴展接口插接。ISP下載器14採用 ATMEL51系列單片機標準下載器或其他類似下載器。
主電路板1的具體電路結構如圖2所示，包括圖2中A區的單片 機電路、B區的第一擴展接口、 C區的電源電路、D區的液晶顯示電 路、E區的數碼管顯示電路、F區的LED顯示電路、G區的4建盤、H區 的串行接口和I區的ISP下載接口 JP7。 A區的單片機電路採用的單 片機是ATMEL公司的AT89S52。 B區的第一擴展接口由第一擴展電源 接口 J14和第一擴展數據接口 J5構成；第一擴展數據接口 J5的引腳 分別與單片機AT89S52的P0 口引腳、P2 口引腳、ALE引腳、WR引腳、 RD引腳、INTO引腳和TO引腳連接。C區的電源電路是常規電路，分 別輸出有5V (1.5A)和士12V (0. 5A)。 D區的液晶顯示電路、E區的 數碼管顯示電路和F區的LED顯示電路分別通過撥碼開關與單片機 AT89S52的P0、 P2引腳連接。G區的鍵盤是4 x 4鍵盤，其16個按鍵 採用矩陣掃描的方式與單片機AT89S52的21至28引腳連接。H區的 串行接口採用MAX232作為電平轉換與單片機AT89S52的10、 11引腳 連接。I區的ISP下載接口 JP7與外設的ISP下載器14連接。
擴展電路板2的具體電路結構如圖3所示，包括圖3中K區的 18B20測溫實驗電路和L區的第一實驗電路接口 。 18B20測溫實驗電 路是含有18B20測溫晶片的常規實驗電路。第一實驗電鴻4妄口由第一 實驗電路數據接口 J401和第一實驗電路電源接口 J409構成；第一實驗電路數據接口 J401插接於第一擴展數據接口 J5上，第一實驗電路 電源接口 J409插接於第一擴展電源接口 J14上。單片機AT89S52的 A12引腳通過第一擴展數據接口 J5和第一實驗電路數據接口 J401的 14引腳與18B20測溫晶片的信號埠連接。
本實施例在作具體測溫實-瞼時 1 )將擴展電路板2的第一實驗電路數據接口 J401與主電路板1的擴 展接口 J5插接好。
2)接通主電路板l的電源，其中5V (1. 5A)輸出電源可直接通過彼 此插接的第一擴展數據接口 J5和第一實驗電路數據接口 J401的電源 引腳向18B20測溫電路供電；而± 12V ( 0. 5A )輸出電源則通過彼此 插接的第一擴展電源接口 J14和第一實驗電路電源接口 J409向18B20 測溫電路供電。
3 )根據實驗指導書的實驗要求，在外設計算機3中的keil編程環境 下編寫18B20初始化程序，編譯生成的*. hex文件通過ISP下載器4 下載到單片機AT89S52中，然後讀取18B20溫度數據，將讀取的溫度 在主板的數碼管上顯示；觀察實驗結果，如果程序沒有完成規定的實 驗功能，在keil環境下重新修改實驗代碼並編譯、下載，直至完成 實驗功能。這樣，即可完成18B20測溫實驗。
綜上所述，本實施例通過將一般單片機實驗用的公用電路部分集 中設計成通用的主電路板1,然後將18B20測溫實驗電路單獨製作在 擴展電路板2上形成一獨立的實驗電路模塊，再使該實驗電路模塊 (擴展電路板2 )與主電路板1形成即插即用的活接結構。不難想像，
j溫實驗電路完全可。 驗電路替代，這樣在一臺實驗箱上即可完成各種單項實驗，從而實現 單臺實驗箱實驗功能的擴展。此外，本實施例避免了以往實驗箱中過多的導線連接、提高實驗質量，並節省實驗成本。 實施例二
本實施例的模塊化單片機實驗箱的結構與實施例一基本相同，不
同之處在於如圖4、圖5所示，1)在主電鴻4反1上增加一第二擴 展接口 15 (圖4 ),第二擴展接口 15由第二擴展數據接口 J12和第二 擴展電源接口 J15 (圖5中B區)構成；2 )增加一第二擴展電路板 16 (圖4)。
第二擴展電路板16的具體電路結構如圖6所示，其含有二個實 驗電路和一個P區的第二實驗電路接口。 二個實驗電路分別是M區的 ADC0809採樣實'驗電^各和N區的DAC0832變^灸實'驗電^各。ADC0809採 樣實驗電路和DAC0832變換實驗電路是分別含有ADC0809晶片和 DAC0832晶片的常規實驗電路。第二實驗電贈4妄口由第二實驗電路數 據接口 J502和第二實驗電路電源接口 J501構成，第二實驗電路數據 接口 J502和第二實驗電路電源接口 J501分別插接於第二擴展數據接 口 J12和第二擴展電源接口 J15上。單片機AT89S52的引腳通過彼此 插接的第二擴展數據接口 J12和第二實驗電路數據接口 J502分別與 ADC0809晶片和DAC0832晶片的信號埠連接。
與實施例一類同的是1)第二擴展數據接口 J12的引腳也分別 與單片機AT89S52的PO 口引腳、P2口引腳、ALE引腳、WR引腳、RD 引腳、INTO引腳和TO引腳連接；2)本實施例主電路板1上的5V( 1. 5A) 輸出電源可直接通過彼此插接的第二擴展數據接口 J12和第二實驗 電路數據接口 J502的電源引腳，向ADC0809採樣實驗電路和DAC0832 變換實驗電路供電；而± 12V ( 0. 5A )輸出電源則通過彼此插接的第 二擴展電源接口 J15和第二實—瞼電路電源接口 J501,向ADC0809採 樣實驗電路和DAC0832變換實驗電路供電。本實施例進行ADC0809採樣實驗的過程是單片機AT89S52的 P2引腳的低3位作為ADC0809晶片的模擬通道輸入，單片機AT89S52 的ALE信號經過U502 2分頻作為ADC0809晶片的時鐘，單片機AT89S52 的P2. 3和WR, RD經過U504邏輯組合後控制ADC0809晶片的OE和 ALE腳；實—驗時，調節可調電阻R500改變輸入ADC0809晶片輸入端 電壓，編程選擇ADC0809晶片通道O，然後採樣通道O的輸入電壓， 在主電路板1的數碼管上顯示。
本實施例進行DA變換實驗的過程是單片機AT89S52的P2. 7作 為DAC0832晶片的片選，實驗時用單片機AT89S52控制DAC0832晶片 輸出方波，三角波和所需的直流電壓等，即可完成DA變換實驗。
本實施例在實施例一的基礎上，進一步擴展了實驗箱的實驗功 能，而且可以實現同時進行多項實驗。
除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。比如，1) 上述實施例中的擴展電路板並不局限於一個或二個，還可以是多個， 相應主電路板上的擴展接口也可以是多個；2)上述實施例中擴展電 路板上的實-驗電^各還可以是SPI總線的EEPROM存取實—瞼電3各、IIC 總線EEPROM存取實'瞼電i 各、5255A擴展口實一瞼電路和DS12C887實時 時鐘實驗電路；等等。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案， 均落在本實用新型要求的保護範圍。
權利要求1. 一種模塊化單片機實驗箱，主要包括安置於箱體內的主電路板，所述主電路板含有通過印製板走線彼此連接的單片機電路、電源電路、顯示電路、鍵盤和外接數據接口，其特徵在於還包括擴展電路板，所述主電路板含有擴展接口，所述擴展電路板含有實驗電路及實驗電路接口，所述實驗電路接口插接於擴展接口上。
2. 根據權利要求1所述模塊化單片機實驗箱，其特徵在於所 述擴展接口由擴展電源接口和擴展數據接口構成，所述實驗電路接口由實驗電路電源接口和實驗電路數據接口構成，所述實驗電路電源接 口和實驗電路數據接口分別插接於擴展電源接口和擴展數據接口上。
3. 根據權利要求2所述模塊化單片機實驗箱，其特徵在於所 述單片機電路的單片機型號是AT89S52。
4. 根據權利要求3所述模塊化單片機實驗箱，其特徵在於所 述擴展數據接口的引腳分別與單片機的P0 口引腳、P2 口引腳、ALE 引腳、WR引腳、RD引腳、INTO引腳和TO引腳連接。
5. 根據權利要求4所述模塊化單片機實驗箱，其特徵在於所 述顯示電路由液晶顯示電路、數碼管顯示電路和LED顯示電路構成， 所述外接數據接口由串行接口和ISP下載接口構成。
6. 根據權利要求1-5之任一所述模塊化單片機實驗箱，其特徵 在於還設有外設計算機和ISP下載器，所述外設計算機通過ISP下 載器和數據線與所述ISP下載接口連接。
7.根據權利要求6所述模塊化單片機實驗箱，其特徵在於所述電 源電路分別輸出有5V (1. 5A )和± 12V ( 0. 5A ),所述液晶顯示電路、 數碼管顯示電路和LED顯示電路分別通過撥碼開關與單片機的P0、 P2引腳連接，所述鍵盤是4 x 4鍵盤，其16個,按矩陣掃描的方式與單片機的21至28引腳連接，所述串行接口採用MAX232作為 電平轉換與單片機AT89S52的10、 11引腳連接，所述ISP下載器採 用ATMEL51系列單片機標準下載器。
8.根據權利要求7所述模塊化單片機實驗箱，其特徵在於所 述實驗電路由18B20測溫實驗電路、ADC0809採樣實驗電路、DA變換 實驗電路、SPI總線的EEPROM存取實驗電路、IIC總線EEPR0M存取 實驗電路、5255A擴展口實驗電路和DS12C887實時時鐘實驗電路之 任一構成。
專利摘要本實用新型涉及一種模塊化單片機實驗箱，屬於教學儀器技術領域。該實驗箱包括安置於箱體內的主電路板和擴展電路板，所述主電路板含有通過印製板走線彼此連接的單片機電路、電源電路、顯示電路、鍵盤和外接數據接口，所述主電路板含有擴展接口，所述擴展電路板含有實驗電路及接口，所述接口插接於擴展接口上。本實用新型的實驗箱實現了實驗電路的模塊化，從而在一個實驗箱上即可完成單或多個實驗項目，由此大大擴展了現有實驗箱的實驗功能和實驗電路之間的互換性，而且因免除外露導線的連接，提高電路硬體的可靠性和實驗的成功率。
文檔編號G09B25/02GK201134187SQ200720046128
公開日2008年10月15日 申請日期2007年9月14日 優先權日2007年9月14日
發明者萬長鍵, 劉建成, 吳大中, 張宏群, 行鴻彥, 鄒應全 申請人:南京信息工程大學