專利名稱：單片機互動教學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單片機互動教學系統(tǒng)，屬于教學儀器技術領域，可廣泛應用于《單片機原理及應用》及其相關課程的教學中。
背景技術：
目前高?！秵纹瑱C原理及應用》課程，一般采用理論課堂教學和實驗教學不同步的教學方式，以課堂教學為主、實驗教學為輔，這種教學方式效果不是很好。隨著高校實踐教學改革的發(fā)展，如何利用現(xiàn)代化教育技術，把課堂教學和實驗教學有機結合，最大限度地提高學生動手能力和創(chuàng)新能力，成為高校研究主要內(nèi)容。為此研制開發(fā)了一種單片機互動教學系統(tǒng)，很好地解決了上述問題。該系統(tǒng)既保留了原有教學思想和理念，又發(fā)揮了同步教學互動系統(tǒng)的優(yōu)勢，把課堂教學和實驗教學真正融為一體。借助現(xiàn)代化的計算機技術和網(wǎng)絡技術，增加了教師和學生間的互動，實現(xiàn)了課堂教學和實驗教學的同步進行，達到了較好的教學效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能克服上述缺陷、使理論課堂教學和實驗教學能夠同步、教師與學生之間可以互動的單片機互動教學系統(tǒng)。其技術方案為包括教師端設備、多套學生端設備和交換機，其中教師端設備包括教師端主機以及與教師端主機連接的投影儀、視頻頭和音頻頭，每套學生端設備包括學生端微機以及與學生端微機連接的視頻頭、音頻頭和示波器，其特征在于在教師端設備及每套學生端設備均增設一套多功能單片機實驗裝置，每套多功能單片機實驗裝置均包括電源系統(tǒng)、MCS-51 主板、MCS-96主板、8086/8088主板、外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路、繼電器及驅(qū)動電路、步進電機及驅(qū)動電路、I/O 口擴展并行輸入輸出電路、鍵掃顯示控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換器電路、8253定時/計數(shù)器電路、8255并行I/O 口擴展電路和CPU選擇開關電路，其中 MCS-51主板、MCS-96主板和8086/8088主板經(jīng)CPU選擇開關電路接外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路、繼電器及驅(qū)動電路、步進電機及驅(qū)動電路、I/O 口擴展并行輸入輸出電路、鍵掃顯示控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換器電路、8253定時/計數(shù)器電路和8255并行I/O 口擴展電路，電源系統(tǒng)分別提供+5V、-5V、+12V、-12V直流電源。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點是1、實現(xiàn)了課堂教學和實驗教學同步進行，信息可在教師端設備和學生端設備之間傳輸。教師端可看到每個學生端的信息，學生端也能看到教師端的信息。2、上述多功能單片機實驗裝置中的實驗內(nèi)容，均為模塊化電路，每個單元獨立設計、互不干預，又可靈活組合，自由開發(fā)，所有總線接口均使用扁平電纜連接，讓學生通過理論學習，獨立設計該接口器件的應用電路。3、本實驗裝置中的部分模塊，具有智能檢測與控制狀態(tài)，在此狀態(tài)下無須連接實驗導線，運行自檢程序即可對實驗系統(tǒng)各接口項目進行全面掃描，為實驗系統(tǒng)的管理與維護提供了方便。4、實驗裝置采用多CPU兼容技術，把不同類型CPU的三總線濃縮與合成，形成完全混為一體的通用型單片機仿真實驗系統(tǒng)，配備了 CPU選擇開關電路，簡化了不同類型CPU選擇操作。

圖1是本實用新型實施例的構成框圖。圖2是多功能單片機實驗裝置的結構框圖。圖3是外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路原理圖。圖4是繼電器及驅(qū)動電路原理圖。圖5是步進電機及驅(qū)動電路原理圖。圖6是I/O 口擴展并行輸入輸出電路原理圖。圖7是鍵掃顯示控制電路原理圖。圖8是A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖。圖9是D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖。圖10是8253定時/計數(shù)器電路原理圖。圖11是8255并行I/O 口擴展電路原理圖。圖12是CPU選擇開關電路圖。圖中1、多功能單片機實驗裝置2、投影儀3、視頻頭4、教師端主機5、音頻頭 6、交換機7、學生端微機8、音頻頭9、示波器10、視頻頭11、電源系統(tǒng)12、MCS-51主板 13、MCS-96主板14、8086/8088主板15、CPU選擇開關電路16、外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路 17、繼電器及驅(qū)動電路18、步進電機及驅(qū)動電路19、I/O 口擴展并行輸入輸出電路20、鍵掃顯示控制電路21、A/D轉(zhuǎn)換電路22、D/A轉(zhuǎn)換電路23、8253定時/計數(shù)器電路24、8255 并行I/O 口擴展電路。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。圖1所示為單片機互動教學系統(tǒng)構成框圖，包括教師端設備、多套學生端設備和交換機6，其中教師端設備包括教師端主機4以及與教師端主機4連接的投影儀2、視頻頭3 和音頻頭5。每套學生端設備包括學生端微機7以及與學生端微機7連接的視頻頭10、音頻頭8和示波器9，并且在教師端設備及每套學生端設備均增設一套多功能單片機實驗裝置1。圖2中配備了 CPU選擇開關電路15，采用多CPU技術，根據(jù)教學需要分別選擇 MCS-51主板12、MCS-96主板13和8086/8088主板14，其它電路包括外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路16、繼電器及驅(qū)動電路17、步進電機及驅(qū)動電路18、1/0 口擴展并行輸入輸出電路19、 鍵掃顯示控制電路20、A/D轉(zhuǎn)換電路21、D/A轉(zhuǎn)換器電路22、8253定時/計數(shù)器電路23和 8255并行I/O 口擴展電路M，經(jīng)CPU選擇開關電路15控制與MCS-51主板12、MCS_96主板 13或8086/8088主板14連接。其工作原理為電源系統(tǒng)11提供+5V、_5V、+12V、_12V直流穩(wěn)壓電源，用連接線和外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路16連接，可使用外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路16 ；用連接線和繼電器及驅(qū)動電路17連接，可使用繼電器及驅(qū)動電路17 ；用連接線和步進電機及驅(qū)動電路18連接，可使用步進電機及驅(qū)動電路18 ；用連接線和I/O 口擴展并行輸入輸出電路19連接，可使用I/O 口擴展并行輸入輸出電路19 ；用連接線和鍵掃顯示控制電路 20連接，可使用鍵掃顯示控制電路20 ；用連接線和A/D轉(zhuǎn)換電路21連接，可使用A/D轉(zhuǎn)換電路21 ；用連接線和D/A轉(zhuǎn)換器電路22連接，可使用D/A轉(zhuǎn)換器電路22 ；用連接線和8253 定時/計數(shù)器電路23連接，可使用8253定時/計數(shù)器電路23 ；用連接線和8255并行I/O 口擴展電路M連接，可使用8255并行I/O 口擴展電路24。圖3中外部數(shù)據(jù)存儲器擴展尋址操作，將存儲器RAM的DO D7總線接口，用8 芯扁平線與總線DO D7的任一接口相連；將存儲器RAM的AO A7地址接口，與地址總線單元低八位AO A7的任一接口相連；將存儲器RAM的A8 A15地址接口，與地址總線單元高八位A8 A15的任一接口相連。圖4中開關量輸入端JIN接芯片74LS04的輸入端，芯片74LS04的輸出端經(jīng)電阻 Rl接三極管VT的基極，三極管VT的集電極分別經(jīng)二極管4001、繼電器J接電源Vcc，三極管VT的發(fā)射極接地，并經(jīng)電阻R2接三極管VT的基極。當開關量輸入端JIN輸入數(shù)字電平 “0”時，繼電器J動作，常開觸點JK閉合、常閉觸點JB斷開。圖5中脈沖信號輸入端BA、BB、BC、BD與芯片74LS04的輸入端連接，芯片74LS04 的輸出端經(jīng)驅(qū)動器7M52分別接步進電機的A相、B相、C相、D相連接。在電源VCC和地之間連接了 4個4. 7ΚΩ電阻和4個二極管。圖6中鎖存器74LS273的輸入端Dl D8，用8芯扁平線與DO D7總線接口連接，鎖存器74LS273的輸出端Ql Q8，用8芯扁平線與POO P07總線接口連接；鎖存器 74LS244的輸入端IAl 2A8，用8芯扁平線與PIO PI7總線接口連接，鎖存器74LSM4 的輸出端IYl 2Y8，用8芯扁平線與DO D7總線接口連接。圖7中芯片IC1、芯片IC2、芯片IC3的輸入端，分別用8芯扁平線與DO D7總線接口連接。芯片ICl的輸出端連接6位LED數(shù)碼管的段碼，芯片IC2的輸出端和驅(qū)動器 75452的輸入端連接，驅(qū)動器75452的輸出端連接6位LED數(shù)碼管的位碼。字形口與芯片 ICl的11腳連接。字位口 /鍵掃口與芯片IC2的11腳連接，鍵入口與芯片IC3的19腳連接。芯片IC2、芯片IC3的輸出端與矩陣式鍵盤連接，4個10ΚΩ電阻和電源連接。圖8中A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入端INO IN7與外電路的輸入模擬量連接， A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸出端用8芯扁平線與DO D7總線接口連接。圖9中D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的輸入端DIO DI7，用8芯扁平線與數(shù)據(jù)總線接口連接。D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的輸出端11腳、輸出端12腳與集成運放IC4的輸入端連接，完成電流/電壓的變換，集成運放IC4的輸出端經(jīng)電阻R7接集成運放IC5的輸入端，電阻R4接在集成運放IC5的7腳和6腳之間，電阻R5接在集成運放IC5的7腳和5腳之間， 電阻R6接在集成運放IC5的6腳和電源VCC之間。圖10中芯片8253的輸入端DO D7用8芯扁平線與總線接口連接，芯片8253 的11腳接+5V電源，芯片8253的15腳與串行口連接。圖11中1/0 口擴展芯片8255的PA 口與芯片27128的數(shù)據(jù)線DO D7連接，芯片8255的PB 口與芯片27128的AO A7連接，芯片8255的PCO PC5對應與芯片271 的A8 A13連接。三極管9013的基極分別經(jīng)電阻R7接芯片27128的22腳、經(jīng)電阻R8接地；三極管9013的射極與地連接；三極管9013的集電極經(jīng)電阻R9分別接三極管9015的基極、電阻RlO的一端和電阻Rll的一端，三極管9015的射極分別接電容Cl 2的一端和電阻RlO的另一端，電容Cl 2的另一端和電阻Rll的另一端接地；三極管9015的集電極經(jīng)二極管VD2分別接二極管VDl和芯片271 的1腳，二極管VDl的另一端接電源VCC。 圖 12 中“96” 表示 MCS-196KB/KC、“88” 表示 8088/8086、“51” 表示 AT89C52/ STC89C58。通常情況下，在開機前正確選擇當前CPU類型。在通電狀態(tài)下，亦可撥動選擇開關Sl或選擇開關S2改變當前CPU類型，但是在改變當前CPU類型后要用RESET系統(tǒng)復位命令加以確認，若不按復位命令按鈕會引發(fā)“死機”。
權利要求1. 一種單片機互動教學系統(tǒng)，包括教師端設備、多套學生端設備和交換機(6)，其中教師端設備包括教師端主機以及與教師端主機(4)連接的投影儀O)、視頻頭C3)和音頻頭(5)，每套學生端設備包括學生端微機(7)以及與學生端微機(7)連接的視頻頭(10)、 音頻頭(8)和示波器(9)，其特征在于在教師端設備及每套學生端設備均增設一套多功能單片機實驗裝置，每套多功能單片機實驗裝置均包括電源系統(tǒng)(11)、MCS-51主板(12)、 MCS-96主板(1；3)、8086/8088主板(14)、外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路(16)、繼電器及驅(qū)動電路(17)、步進電機及驅(qū)動電路(18)、1/0 口擴展并行輸入輸出電路(19)、鍵掃顯示控制電路 O0)、A/D轉(zhuǎn)換電路Ol)、D/A轉(zhuǎn)換器電路(22)、8253定時/計數(shù)器電路(23)、8255并行I/ 0 口擴展電路(24)和CPU選擇開關電路(15)，其中MCS-51主板(12)、MCS_96主板(13)和 8086/8088主板(14)經(jīng)CPU選擇開關電路(1 接外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路(16)、繼電器及驅(qū)動電路(17)、步進電機及驅(qū)動電路(18)、1/0 口擴展并行輸入輸出電路(19)、鍵掃顯示控制電路(20)、A/D轉(zhuǎn)換電路(21)、D/A轉(zhuǎn)換器電路(22)、8253定時/計數(shù)器電路(23)和 8255并行I/O 口擴展電路(24)，電源系統(tǒng)(11)分別提供+5V、-5V、+12V、-12V直流電源。
專利摘要本實用新型涉及一種單片機互動教學系統(tǒng)，包括教師端設備、多套學生端設備和交換機，其中教師端設備包括教師端主機以及與教師端主機連接的投影儀、視頻頭和音頻頭，每套學生端設備包括學生端微機以及與學生端微機連接的視頻頭、音頻頭和示波器，其特征在于在教師端設備及每套學生端設備均增設一套多功能單片機實驗裝置，每套多功能單片機實驗裝置均包括電源系統(tǒng)、MCS-51主板、MCS-96主板、8086/8088主板、外部數(shù)據(jù)存儲器擴展電路、繼電器及驅(qū)動電路、步進電機及驅(qū)動電路、I/O口擴展并行輸入輸出電路、鍵掃顯示控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換器電路、8253定時/計數(shù)器電路、8255并行I/O口擴展電路和CPU選擇開關電路。本實用新型實現(xiàn)了課堂教學和實驗教學同步進行。
文檔編號G09B5/08GK202033911SQ201120054580
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權日2011年3月4日
發(fā)明者劉建飛, 劉連鑫, 宋吉江, 苗匯靜 申請人:山東理工大學