專利名稱：一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，特別涉及一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
單片機(jī)由于其廣泛的應(yīng)用成為高校電子信息、自動(dòng)控制等專業(yè)一門(mén)核心課程，在這些專業(yè)的課程體系中有著重要的作用。單片機(jī)技術(shù)是一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科，涉及到硬件軟件的綜合應(yīng)用，因此課程對(duì)實(shí)踐應(yīng)用的教學(xué)要求很高。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)，基本按單片機(jī)學(xué)科內(nèi)在知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，通常是先講理論，再給學(xué)生一些簡(jiǎn)單的程序到實(shí)驗(yàn)箱上去驗(yàn)證，這種教學(xué)模式很難做到理論與應(yīng)用的真正結(jié)合。目前受到教育界專家推崇和學(xué)生歡迎的一種教學(xué)方法是基于行動(dòng)導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)法，它特別適用于單片機(jī)這類實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的課程。項(xiàng)目教學(xué)用具體的任務(wù)項(xiàng)目來(lái)導(dǎo)出單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，再啟發(fā)學(xué)生用所學(xué)的知識(shí)和技能來(lái)實(shí)施項(xiàng)目。這種教學(xué)必須有一個(gè)真實(shí)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀作為支撐。教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的提供通常有兩大類方式，一種方式是教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完全由學(xué)生創(chuàng)建，這種教學(xué)方式要求將電路原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板制作、電路安裝加工、硬件調(diào)試、軟件設(shè)計(jì)等工作過(guò)程都作為一個(gè)真實(shí)的教學(xué)過(guò)程，必須將多門(mén)課程進(jìn)行整合以提供足夠的課時(shí)；同時(shí)由于這種教學(xué)涉及到多領(lǐng)域?qū)W科的知識(shí)技能，作為新課程的教學(xué)，容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)多種新知識(shí)學(xué)習(xí)的主次不分或凌亂無(wú)序，從而達(dá)不到良好的預(yù)期效果。另一種方式是給學(xué)生提供一個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，目前市場(chǎng)上有各種各樣的單片機(jī)教學(xué)平臺(tái)，各有特點(diǎn)各有側(cè)重。但有的平臺(tái)側(cè)重專項(xiàng)訓(xùn)練，不利于循序漸進(jìn)的課堂教學(xué)；有的平臺(tái)教學(xué)中無(wú)法展開(kāi)硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試環(huán)節(jié)，不利于調(diào)試能力的培養(yǎng)； 有的平臺(tái)電路的連接靠接線柱和連接線，隨著時(shí)間推移，接線柱氧化、接線不可靠等因素會(huì)導(dǎo)致學(xué)生花費(fèi)大量的時(shí)間浪費(fèi)在連接線的檢查上，降低教學(xué)效率；有的平臺(tái)必須另外配備其它的工具如仿真器和編程器，從而使得教學(xué)的硬件成本過(guò)高等等。除此之外，很多院校還開(kāi)設(shè)與單片機(jī)相關(guān)的實(shí)訓(xùn)課程。實(shí)訓(xùn)課程通常需要設(shè)計(jì)調(diào)試一個(gè)產(chǎn)品，旨在培養(yǎng)學(xué)生熟悉典型嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程和方法，掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和調(diào)試能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并培養(yǎng)一定的職業(yè)素養(yǎng)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)典型、具有獨(dú)立功能和實(shí)用推廣價(jià)值的真實(shí)產(chǎn)品，實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)計(jì)應(yīng)涵蓋單片機(jī)的重要知識(shí)和技能的應(yīng)用，如應(yīng)包含硬件電路的故障調(diào)試排除和較大規(guī)模的軟件程序設(shè)計(jì)； 應(yīng)選取具有典型應(yīng)用價(jià)值的一些外圍電路，如單總線電路、LCD模塊等；并應(yīng)提供一種合適的加工方式，如一個(gè)帶有各種線路錯(cuò)誤的印制電路板等。目前市場(chǎng)上這種功能價(jià)格均合適的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)較少。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種特別適合單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)且具有價(jià)格便宜、設(shè)計(jì)科學(xué)、能達(dá)到很好教學(xué)效果的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，包括51系列的單片機(jī)及其最小系統(tǒng)；還包括溫度采集電路；所述溫度采集電路采用單線式數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，與單片機(jī)的P2 口相連。單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀還包括與單片機(jī)連接的外部按鍵電路和液晶顯示電路；所述外部按鍵電路有3個(gè)；所述液晶顯示電路通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線和3根控制線與單片機(jī)的PO 口和 P2 口相連。所述液晶顯示電路采用IXD1602模塊。單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀還包括與單片機(jī)的P2 口連接的報(bào)警電路；所述報(bào)警電路包括蜂鳴器。單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀還包括與單片機(jī)連接的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路；所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路通過(guò) SPI總線與單片機(jī)的P2 口相連。單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路為DS1302涓流充電時(shí)鐘芯片。單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀還包括與單片機(jī)的Pl 口相連的4個(gè)流水彩燈電路；所述流水彩燈電路為發(fā)光二極管。單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀還包括與單片機(jī)相連的下載電路；所述下載電路采用max232 電路將計(jì)算機(jī)RS232串口的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為T(mén)TL電平信號(hào)。單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀所述單片機(jī)最小系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源部分、液晶顯示電路的對(duì)比度調(diào)節(jié)部分以及下載電路與計(jì)算機(jī)RS232串口連接部分均設(shè)置有線路障礙。采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下的有益效果(1)本實(shí)用新型以單片機(jī)為主控制器，包涵單片機(jī)最小系統(tǒng)和溫度采集電路，溫度采集電路采用單線式數(shù)字溫度傳感器，不需要復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，可以直接將被測(cè)的環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單線傳輸給單片機(jī)處理，單片機(jī)與溫度傳感器之間僅需一根信號(hào)線，電路簡(jiǎn)單，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)。本實(shí)用新型可用于單片機(jī)外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等有關(guān)內(nèi)容的教學(xué)，還可以讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)完成一個(gè)簡(jiǎn)單溫度監(jiān)控器，教學(xué)內(nèi)容循序漸進(jìn)，適于對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)。(2)本實(shí)用新型還包括外部按鍵電路、液晶顯示電路和報(bào)警電路，外部按鍵電路可以進(jìn)行外部中斷的教學(xué)；按鍵和液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)，則構(gòu)成了一個(gè)典型的人機(jī)界面系統(tǒng)。 本實(shí)用新型可以通過(guò)面板按鍵設(shè)置溫度范圍，當(dāng)被測(cè)環(huán)境溫度超過(guò)設(shè)置溫度范圍時(shí)，蜂鳴器能報(bào)警提示。理解這些電路模塊后，學(xué)生可以設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的帶液晶顯示的溫度監(jiān)控器，為單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供了一種價(jià)格便宜、設(shè)計(jì)科學(xué)、能達(dá)到更好教學(xué)效果的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)儀器。而且本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出的帶液晶顯示的溫度監(jiān)控器測(cè)量范圍寬、精度高，測(cè)量范圍為-55 +125°C，在-10 +85°C范圍誤差為0. 5°C，可應(yīng)用于家庭、醫(yī)院、化工制造、 醫(yī)藥制造等各種場(chǎng)所，具有非常好的實(shí)際使用價(jià)值。(3)本實(shí)用新型包含的流水彩燈電路可進(jìn)行各種小型程序設(shè)計(jì)、定時(shí)器等內(nèi)容的教學(xué)。(4)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)需要專用的仿真器調(diào)試，還需要用編程器將調(diào)試好的程序代碼下載到硬件電路板，因此單片機(jī)教學(xué)需要專門(mén)的經(jīng)費(fèi)購(gòu)置大量的仿真器和編程器；同時(shí)教學(xué)過(guò)程中面對(duì)的是大批量的學(xué)生，使用不當(dāng)很容易損壞這些儀器設(shè)備，這給教學(xué)帶來(lái)了很大的維護(hù)工作量，也提高了教學(xué)成本。而本實(shí)用新型可以進(jìn)行在線下載，下載電路采用 max232電路將計(jì)算機(jī)串口 RS232標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為T(mén)TL電平信號(hào)，程序可以通過(guò)串口下載到實(shí)驗(yàn)板，不需要另外購(gòu)買(mǎi)仿真器和編程器，從而大大節(jié)省教學(xué)成本。(5)本實(shí)用新型在每個(gè)應(yīng)用模塊的硬件電路上都專門(mén)設(shè)置了若干障礙，教學(xué)過(guò)程中需要學(xué)生應(yīng)用單片機(jī)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行硬件調(diào)試，可以開(kāi)展硬件調(diào)試環(huán)節(jié)的教學(xué)。通過(guò)調(diào)試，可以加深學(xué)生對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的理解，通過(guò)排除障礙可以使學(xué)生加深對(duì)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)的理解，并培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手調(diào)試能力。(6)本實(shí)用新型可以作為單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，在該實(shí)驗(yàn)儀上設(shè)計(jì)了多個(gè)典型電路模塊項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目可以設(shè)計(jì)若干任務(wù)，從而完成單片機(jī)重要的知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)；同時(shí)這些典型電路模塊應(yīng)用廣泛，如溫度模塊普遍用于各種溫度控制系統(tǒng)(冰箱溫度控制、烤箱溫度控制、水溫控制、機(jī)械化工制造場(chǎng)地的溫度監(jiān)控等等)，如時(shí)鐘模塊應(yīng)用于各種智能家電(洗衣機(jī)、電飯煲、冰箱等)，LCD顯示則普遍應(yīng)用于各種人機(jī)界面系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，對(duì)學(xué)生今后從事設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有很好的引導(dǎo)作用；也可以作為單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)儀器，學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)試一個(gè)帶液晶顯示的溫度監(jiān)控器來(lái)學(xué)習(xí)一個(gè)智能電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的流程與方法，培養(yǎng)學(xué)生電子產(chǎn)品的綜合設(shè)計(jì)、調(diào)試能力，養(yǎng)成一定的職業(yè)素養(yǎng)。 該實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)兼顧教學(xué)和實(shí)用，生產(chǎn)加工方便，價(jià)格便宜。(7)本實(shí)用新型的多個(gè)典型電路模塊涉及多種總線方式，其中液晶顯示電路為8 位數(shù)據(jù)總線，溫度采集電路為單總線，實(shí)施時(shí)鐘電路為SPI總線，這三種總線在技術(shù)上各有特點(diǎn)，在教學(xué)中具有非常好的代表性和實(shí)用性，因此對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)具有非常好的教學(xué)價(jià)值。(8)本實(shí)用新型的各個(gè)典型電路模塊之間互不影響，相對(duì)獨(dú)立，使用時(shí)可根據(jù)不同的培養(yǎng)目標(biāo)、不同的教學(xué)課時(shí)選擇其中的不同模塊設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)通用性、適用性強(qiáng)。

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1為本實(shí)用新型的原理圖。附圖中標(biāo)號(hào)為單片機(jī)1、溫度采集電路2、外部按鍵電路3、液晶顯示電路4、報(bào)警電路5、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路6、流水彩燈電路7、下載電路8、計(jì)算機(jī)RS232串口 9。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，包括51系列的單片機(jī)1及其最小系統(tǒng)、溫度采集電路2、外部按鍵電路3、液晶顯示電路4、報(bào)警電路5、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路6、流水彩燈電路7和下載電路8。單片機(jī)最小系統(tǒng)可用于單片機(jī)外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的教學(xué)，其開(kāi)關(guān)電源部分設(shè)置有線路障礙。溫度采集電路2采用單線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，與單片機(jī)1的P2. 3 口相連， 精度為0.5攝氏度。按鍵電路3有3個(gè)，分別與單片機(jī)1的INTO、INTl和TO 口相連，可進(jìn)行功能和參數(shù)的二級(jí)菜單式設(shè)置，用于設(shè)置當(dāng)前時(shí)間時(shí)、分、秒和控制溫度范圍等參數(shù)，可進(jìn)行外部中斷等內(nèi)容的教學(xué)。液晶顯示電路4采用IXD1602模塊，通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線和3根控制線與單片機(jī)1 的P0. 0 P0. 7 口和P2. 0 P2. 2 口相連。液晶顯示電路4的對(duì)比度調(diào)節(jié)部分設(shè)置有線路障礙。常態(tài)下液晶第1行屏幕顯示當(dāng)前時(shí)間，第2行顯示當(dāng)前溫度。報(bào)警電路5包括蜂鳴器，與單片機(jī)1的P2. 7 口連接。當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)設(shè)置溫度范圍時(shí)，可報(bào)警。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路6為DS1302涓流充電時(shí)鐘芯片，通過(guò)SPI總線與單片機(jī)1的P2. 4 2.6 口相連。具有能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。流水彩燈電路7為4個(gè)發(fā)光二極管，分別與單片機(jī)1的Pl. 0 Pl. 3 口相連，單片機(jī)1對(duì)發(fā)光二極管陰極控制，可進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試或定時(shí)器、循環(huán)程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容的教學(xué)。下載電路8采用max232電路將計(jì)算機(jī)RS232串口 9的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為T(mén)TL電平信號(hào)。下載電路8與計(jì)算機(jī)RS232串口 9連接部分設(shè)置有線路障礙。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，包括51系列的單片機(jī)(1)及其最小系統(tǒng)；其特征在于還包括溫度采集電路O)；所述溫度采集電路( 采用單線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，與單片機(jī)(1)的P2 口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于還包括與單片機(jī)(1) 連接的外部按鍵電路⑶和液晶顯示電路⑷；所述外部按鍵電路(3)有3個(gè)；所述液晶顯示電路(4)通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線和3根控制線與單片機(jī)(1)的PO 口和P2 口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述液晶顯示電路(4) 采用IXD1602模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于還包括與單片機(jī)(1) 的P2 口連接的報(bào)警電路(5)；所述報(bào)警電路(5)包括蜂鳴器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于還包括與單片機(jī)(1) 連接的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路(6)；所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路(6)通過(guò)SPI總線與單片機(jī)⑴的P2 口相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路(6) 為DS1302涓流充電時(shí)鐘芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于還包括與單片機(jī)(1) 的Pl 口相連的4個(gè)流水彩燈電路(7)；所述流水彩燈電路(7)為發(fā)光二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于還包括與單片機(jī)(1) 相連的下載電路⑶；所述下載電路⑶采用max232電路將計(jì)算機(jī)RS232串口(9)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為T(mén)TL電平信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述單片機(jī)最小系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源部分、液晶顯示電路的對(duì)比度調(diào)節(jié)部分以及下載電路(8)與計(jì)算機(jī)RS232 串口(9)連接部分均設(shè)置有線路障礙。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，包括51系列的單片機(jī)及其最小系統(tǒng)；還包括溫度采集電路；所述溫度采集電路采用單線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，與單片機(jī)的P2口相連。本實(shí)用新型以單片機(jī)為主控制器，包涵單片機(jī)最小系統(tǒng)和溫度采集電路，溫度采集電路采用單線式數(shù)字溫度傳感器，不需要復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，可以直接將被測(cè)的環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單線傳輸給單片機(jī)處理，單片機(jī)與溫度傳感器之間僅需一根信號(hào)線，電路簡(jiǎn)單，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)。本實(shí)用新型可用于單片機(jī)外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等有關(guān)內(nèi)容的教學(xué)，還可以讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)完成一個(gè)簡(jiǎn)單溫度監(jiān)控器，教學(xué)內(nèi)容循序漸進(jìn)，適于對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202049659SQ20112013549
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者張素琴 申請(qǐng)人:尹茜, 張素琴, 王進(jìn), 陳嬌