專(zhuān)利名稱(chēng)：多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)裝置，特別是一種多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi) 發(fā)板。用于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，單片機(jī)技術(shù)以前所未有的勢(shì)頭迅猛發(fā)展。在生產(chǎn)與技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng) 域，成為電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和通信技術(shù)中的一 個(gè)重要的開(kāi)發(fā)工具。市場(chǎng)對(duì)從事單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員的需求非常迫切，這也對(duì)單 片機(jī)教學(xué)和實(shí)踐提出了更高的要求。
單片機(jī)系統(tǒng)具有"硬件決定軟件，程序基于硬件"的特點(diǎn)。在外表上實(shí) 現(xiàn)相同功能的系統(tǒng)，其硬件設(shè)計(jì)往往有多種形式，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)也不相同。 在單片機(jī)的學(xué)習(xí)和相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板起著非常重要的作 用。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板透明度不高，實(shí)驗(yàn)板上的芯片、接口都是固定連接 的，硬件只需要很少連接，甚至不需要連接，就能直接進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。這就 把單片機(jī)以硬件為主，軟硬結(jié)合的訓(xùn)練變相地轉(zhuǎn)化成了純軟件的訓(xùn)練。因此 這種實(shí)驗(yàn)板的兼容性不強(qiáng)，靈活性有限，不能很好地滿足單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的 要求，也很難作為單片機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)板使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了使學(xué)習(xí)者在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方面全面得到真正 訓(xùn)練和學(xué)習(xí)而提供的一種多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板。該板一改以往的固定線 路、固定接口、固定芯片的模式，對(duì)板上的硬件資源采用了全部開(kāi)放的結(jié)構(gòu)， 提供了比較豐富的接口以及眾多構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)最常用的、同時(shí)也是最基本 的外圍功能電路。板上的單片機(jī)引腳全部開(kāi)放，同時(shí)將單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的顯示、按鍵、鍵盤(pán)等都作為獨(dú)立的開(kāi)放單元模塊，其連接信號(hào)接口和電源 接口也是開(kāi)放的。這樣學(xué)習(xí)者就可以非常靈活地構(gòu)建自己的系統(tǒng)，并且可以 作為單片機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)板使用。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，板體上設(shè)置有系統(tǒng)電源、MCU座和外圍 功能模塊單元三部分；系統(tǒng)電源包括電源指示燈、極性保護(hù)電路、開(kāi)關(guān)、集 成穩(wěn)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(fā)光二極管、LCD液晶顯 示器接口、 8段LED數(shù)碼管顯示電路、可調(diào)直流電壓源、LED點(diǎn)陣顯示模塊、 矩陣鍵盤(pán)、獨(dú)立按鍵、功率驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路、RC濾波電路、方波脈沖發(fā) 生器、擴(kuò)展插座、無(wú)源蜂鳴器、外部復(fù)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(shè)置有接線孔；其中MCU座的6、 7、 8、 9管腳通過(guò)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(guò)短路排與2X5針的JTAG接口連接；MCU座的12、 13、 18、 19管腳通過(guò)短路排與系統(tǒng)時(shí)鐘電路的XI、 X2連接；MCU座的9管腳通過(guò)短路 排與外部復(fù)位電路的短路排連接；系統(tǒng)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(guò)短路排跳 線選擇。
所述板體上設(shè)有數(shù)個(gè)40引腳鎖緊插孔。 所述各外圍功能模塊單元之間通過(guò)接線孔用導(dǎo)線插接。 本發(fā)明中各外圍功能模塊單元相對(duì)獨(dú)立，不僅可以增加更多的設(shè)計(jì)性實(shí) 驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平，而且可以加強(qiáng)硬件動(dòng)手部分的訓(xùn)練，啟發(fā)使用 者的創(chuàng)造性、發(fā)散性思維，更能針對(duì)個(gè)體的興趣，選擇不同類(lèi)型和深度的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使不同程度的學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)中既掌握了單片機(jī)課程 的基礎(chǔ)，又提高了綜合設(shè)計(jì)能力和工程應(yīng)用水平。另外，還可以作為一些單 片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)板供研發(fā)人員使用。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為系統(tǒng)電源原理圖
圖3為MCU座連接原理圖 圖4為L(zhǎng)ED發(fā)光二極管連接原理圖 圖5為L(zhǎng)CD液晶顯示器接口連接原理圖 圖6為8段LED數(shù)碼管顯示電路連接原理圖 圖7為可調(diào)直流電壓源連接原理圖 圖8為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣顯示模塊連接原理圖 圖9為矩陣鍵盤(pán)連接原理圖 圖10為獨(dú)立按鍵連接原理圖 圖11為功率驅(qū)動(dòng)連接原理圖 圖12為系統(tǒng)時(shí)鐘電路連接原理圖 圖13為RC濾波電路連接原理圖 圖14為方波脈沖發(fā)生器連接原理圖 圖15為擴(kuò)展插座連接原理圖 圖16為無(wú)源蜂鳴器連接原理圖 圖17為外部復(fù)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(shí)施方式
實(shí)施例
下面以圖1至圖18為實(shí)施例，說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征，技術(shù)性能和效果。
參閱圖1，本實(shí)施例中，本發(fā)明是在板體設(shè)置系統(tǒng)電源1、 MCU座2和15 個(gè)外圍功能模塊單元，15個(gè)外圍功能模塊單元包括LED發(fā)光二極管3、 LCD 液晶顯示器接口 4、 8段LED數(shù)碼管顯示電路5、可調(diào)直流電壓源6、 LED點(diǎn) 陣顯示模塊7、矩陣鍵盤(pán)8、獨(dú)立按鍵9、功率驅(qū)動(dòng)IO、系統(tǒng)時(shí)鐘電路ll、 RC濾波電路12、方波脈沖發(fā)生器13、擴(kuò)展插座14、無(wú)源蜂鳴器15、外部復(fù) 位電路16、 RS232串行接口單元17;板體上設(shè)有數(shù)個(gè)40引腳鎖緊插孔。
參閱圖2，系統(tǒng)電源1可以在8-12V輸入電壓范圍內(nèi)提供高穩(wěn)定的5V/1A 的系統(tǒng)電源，配有電源指示燈、極性保護(hù)電路及開(kāi)關(guān)。 一般工作時(shí)，輸入電 壓為9V;系統(tǒng)電源部分采用U1為實(shí)驗(yàn)板工作提供需要的5V/1A電源；另外， 板上還有多個(gè)高、低頻電源濾波電容。
參閱圖3， MCU座2包括兩個(gè)40引腳鎖緊插座、短路排、ISP下載接口、 JTAG接口；其中一個(gè)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(gòu)成通用51系列40引腳單片機(jī)兼容的方 式，適用于AT89S5x系列單片機(jī)和ATmega8515單片機(jī)；另一個(gè)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，適用于 ATmegal6、 ATmega8535和ATmega32單片機(jī)。另外， 一邊設(shè)計(jì)了 2X5針的ISP 下載接口 ，用于配合與STK200/300兼容的ISP下載線實(shí)現(xiàn)對(duì)AT89S5x和AVR 單片機(jī)進(jìn)行程序下載和熔絲位的配置；另一邊設(shè)計(jì)了 2X5針的JTAG接口， 用于配合使用專(zhuān)用的JTAG仿真器實(shí)現(xiàn)對(duì)含有JTAG接口的AVR單片機(jī)進(jìn)行在 片實(shí)時(shí)仿真調(diào)試，以及程序下載和熔絲位的配置。由于兩個(gè)插座引腳是全部 開(kāi)放的，當(dāng)其中一個(gè)插座插入單片機(jī)后，另一個(gè)就可以作為擴(kuò)展插座使用，例如插入DIP封裝的EEPR0M芯片24C256做I2C通信實(shí)驗(yàn)等。
圖4至圖18為本實(shí)施例15個(gè)外圍功能模塊單元連接原理圖。 參閱圖4， LED發(fā)光二極管3包括8路LED發(fā)光二極管，用于輸出顯示。 參閱圖5， LCD液晶顯示器接口 4為標(biāo)準(zhǔn)2X 16字符的LCD液晶顯示器
接口，同時(shí)還兼容3310圖像液晶顯示器接口。
參閱圖6， 8段LED數(shù)碼管顯示電路5包括8位8段LED數(shù)碼管顯示電
路，采用共陰極連接，動(dòng)態(tài)掃描方式點(diǎn)亮。
參閱圖7，可調(diào)直流電壓源6是由精密電位器與電源組成的0-5V的可調(diào)
直流電壓源，作為ADC的輸入電壓源，用于實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、直流電壓表、模
擬溫度計(jì)等實(shí)驗(yàn)。
參閱圖8， LED點(diǎn)陣顯示模塊7是一個(gè)8X8LED點(diǎn)陣顯示模塊，可用于
進(jìn)行點(diǎn)陣字符、小型廣告屏、各種指示器等實(shí)驗(yàn)。
參閱圖9，矩陣鍵盤(pán)8為4X3矩陣鍵盤(pán)，用于鍵盤(pán)輸入信息等。 參閱圖IO，獨(dú)立按鍵9包括4個(gè)獨(dú)立按鍵，用于按鍵輸入、外部中斷輸
入、復(fù)位按鍵等。
參閱圖11，功率驅(qū)動(dòng)10為7路300mA功率驅(qū)動(dòng)，用于驅(qū)動(dòng)小型步進(jìn)電 機(jī)、繼電器等。
參閱圖12，系統(tǒng)時(shí)鐘電路11包括1個(gè)4MHz和1個(gè)11. 0592MHz晶體， 可以為單片機(jī)提供不同的外部時(shí)鐘。
參閱圖13， RC濾波電路12是由電阻和電容組成的一個(gè)濾波電路，可以 用于對(duì)P麗輸出的平滑。
參閱圖14，方波脈沖發(fā)生器13使用一個(gè)2. 048MHz的晶體振蕩器，經(jīng)過(guò) CD4060分頻提供125Hz 128kHz、占空比為50%的10種頻率方波脈沖信號(hào)，作為頻率、周期測(cè)量實(shí)驗(yàn)的輸入信號(hào)。
參閱圖15，擴(kuò)展插座14包括1個(gè)40引腳窄型擴(kuò)展座和1塊標(biāo)準(zhǔn)PCB
板，用于擴(kuò)展和插入其他外圍芯片。
參閱圖16，無(wú)源蜂鳴器15主要用于聲音的輸出。
參閱圖17，外部復(fù)位電路16通過(guò)短路片提供兩種復(fù)位方式，以滿足不 同系列單片機(jī)復(fù)位電平不同的要求。
參閱圖18， RS232串行接口單元17通過(guò)MAX202電平轉(zhuǎn)換，連接單片機(jī) 的USART口，實(shí)現(xiàn)與外部的串行通信。
本發(fā)明可以兼容部分AVR系列和51系列單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)，單片機(jī)所 有的基本功能和單元實(shí)驗(yàn)包括I/0使用、ADC、時(shí)鐘、中斷、P麗、鍵盤(pán)、按 鍵、LED、 LED數(shù)碼管、LCD顯示、測(cè)頻率、測(cè)周期、功率驅(qū)動(dòng)、蜂鳴器、RS232 等都可以在板上實(shí)現(xiàn)。如果將這些單元有機(jī)組合，還可以實(shí)現(xiàn)一些實(shí)際電子 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。本發(fā)明用于單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅可以增加更多的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平，而且可以加強(qiáng)硬件動(dòng)手部分的訓(xùn)練，啟發(fā)使用者 的創(chuàng)造性、發(fā)散性思維，更能針對(duì)個(gè)體的興趣，選擇不同類(lèi)型和深度的設(shè)計(jì) 性、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使不同程度的學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)中既掌握了單片機(jī)課程的 基礎(chǔ)，又提高了綜合設(shè)計(jì)能力和工程應(yīng)用水平，可以廣泛應(yīng)用于單片機(jī)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。
權(quán)利要求
1. 一種多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，其特征在于板體上設(shè)置有系統(tǒng)電源(1)、MCU座(2)及數(shù)個(gè)外圍功能模塊單元即LED發(fā)光二極管(3)、LCD液晶顯示器接口(4)、8段LED數(shù)碼管顯示電路(5)、可調(diào)直流電壓源(6)、LED點(diǎn)陣顯示模塊(7)、矩陣鍵盤(pán)(8)、獨(dú)立按鍵(9)、功率驅(qū)動(dòng)(10)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路(11)、RC濾波電路(12)、方波脈沖發(fā)生器(13)、擴(kuò)展插座(14)、無(wú)源蜂鳴器(15)、外部復(fù)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(shè)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(guò)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(guò)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(guò)短路排與系統(tǒng)時(shí)鐘電路(11)的X1、X2連接；MCU座(2)的9管腳通過(guò)短路排與外部復(fù)位電路(16)的短路排連接；系統(tǒng)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(guò)短路排跳線選擇。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，其特征在于所述板 體上設(shè)有數(shù)個(gè)40引腳鎖緊插孔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，其特征在于各外圍 功能模塊單元之間通過(guò)接線孔用導(dǎo)線插接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，應(yīng)用于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域，其特點(diǎn)是板體上設(shè)置有系統(tǒng)電源、MCU座及數(shù)個(gè)外圍功能模塊單元即LED發(fā)光二極管、LCD液晶顯示器接口、8段LED數(shù)碼管顯示電路、可調(diào)直流電壓源、LED點(diǎn)陣顯示模塊、矩陣鍵盤(pán)、獨(dú)立按鍵、功率驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路、RC濾波電路、方波脈沖發(fā)生器、擴(kuò)展插座、無(wú)源蜂鳴器、外部復(fù)位電路、RS232串行接口單元；各個(gè)外圍功能模塊單元相對(duì)獨(dú)立，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行靈活組合；板體上設(shè)有數(shù)個(gè)40引腳的鎖緊插孔，可以兼容多個(gè)系列的單片機(jī)，可以廣泛應(yīng)用于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101281697SQ20081003826
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者劉中元, 李慶利, 豫 金, 潮 馬 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)