專利名稱：便攜通用型51單片機教學實驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學實驗儀器，尤其是進行51單片機綜合開發(fā)的便攜通用型實驗儀。
背景技術：
單片機是一門集計算機硬件技術與軟件技術于一體的專業(yè)課程，在大專院校的電子、計算機、自動化、機電一體化等專業(yè)中有著重要的地位 。該課程實踐性非常強，僅靠教學計劃安排的實驗，對學生動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質的提高非常有限，難以滿足用人單位的需求。為有效地提高學生的單片機應用技能，學生應該有更多的實驗操作和調試時間，單片機實驗通常在硬件實驗平臺上進行，傳統(tǒng)的實驗箱體積大、不易攜帶，價格昂貴，容易損壞，維護、管理困難，難以普及。并且基本上都沒有在線下載和仿真功能，需要另配編程器，仿真器等，不方便學生的學習。針對以上問題，近期市場上出現(xiàn)了簡易型51單片機實驗裝置，通過RS232串行口或打印機并口與PC機相連進行下載，使用外接電源供電，接口連接時，一般需要將主機箱從電腦搬出，才能與機箱背后的RS232串行口或并行口連接，至少使用2到3根線纜(電源線、并口或串口下載線等)，而單位或學校實訓室機器比較固定，移動很不方便，連線多也不便于學生攜帶。USB通用串行總線接口，現(xiàn)在主流機器都有此接口。大多的筆記本和主流臺式電腦都舍去了串口和并口，所以即使實驗儀留有RS232的串行或并行下載口也無法實現(xiàn)下載，該實驗儀使用單一的USB接口實現(xiàn)串口下載或并口下載，并可以為單片機工作提供電源，不僅解決了無串、并口下載的問題，也簡化了實驗儀連線裝置，下載和攜帶都具有較強的便捷性。
發(fā)明內容本實用新型的目的就是向學者提供一套通過USB接口與PC機連接的集編輯、編譯、下載和調試于一體的教學實驗裝置，該實驗裝置具有通用性和便攜性。本實用新型采用的技術方案是實驗儀由核心控制模塊、外圍模塊和下載模塊三部分組成，核心控制模塊由STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列主控芯片和最小支撐電路構成,下載模塊主要由CH341A芯片及其支撐電路構成，外圍模塊主要由USB接口模塊、電源模塊、二級管小燈、鍵盤、LED數(shù)碼管、IXD液晶、超聲波傳感器、溫度傳感器、HALL傳感器、紅外發(fā)射接收電路、電流電壓及功率放大電路、A/D或D/A轉換電路、信號驅動和放大電路、EEPROM存儲器、時鐘、定時器電路、繼電器控制、光敏傳感器、直流電機和步進電機模塊構成。具體的說，該實驗儀的主控單片機是STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列的40腳直插式芯片，下載模塊選用南京沁恒公司的CH341為主控芯片，可實現(xiàn)USB 口轉串口或并口下載，從而實現(xiàn)對該系列的多款單片機進行在線編程和下載，溫度傳感器芯片為DS18B20，A/D或D/A轉換電路主控芯片為PCF8591，電流電壓及功率放大電路芯片為LM324，EEPROM存儲器芯片AT24C02，時鐘芯片為DS1302，字符LCD液晶選用IXD1602，漢字IXD液晶選用IXD12864，信號驅動和放大電路選用ULN2003驅動放大芯片，超聲波傳感器電路由超聲波發(fā)射頭和接收頭組成，超聲波解碼芯片為CX20106A，紅外發(fā)射接收電路選用紅外一體頭1838及紅外發(fā)射管，光敏傳感器模塊選用CDS光敏電阻器，直流電機、步進電機和繼電器額定工作電壓均為5V。該實驗儀可完成二級管小燈、鍵盤、LED數(shù)碼管、IXD液晶、超聲波傳感器、溫度傳感器、HALL傳感器、紅外發(fā)射接收 電路、電流電壓及功率放大電路、A/D或D/A轉換電路、EEPROM存儲器、時鐘、定時器電路、繼電器控制、光敏傳感器、直流電機和步進電機外圍接口實驗；實驗時只要將本實驗儀的下載線USB 口與PC機的USB 口相連后，根據(jù)目標芯片型號設置下載模式跳線，在KEIL環(huán)境下編寫實驗儀外圍電路驅動程序，直接編輯、編譯后，即可通過USB接口進行在線下載和調試。本實用新型的優(yōu)點在于I)、實驗儀支持2家以上知名51單片機廠商的主流芯片的在線編程、下載和調試；2)、實驗儀下載接口為USB 口，解決了目前筆記本和臺式電腦基本無串口和并口而無法實現(xiàn)下載的問題；3)實驗儀體積小，與PC機通信只需要一根USB連線，主控芯片插拔方便，由USB 口從PC機取電工作，無需外接電源。

圖I是本實用新型的外觀結構示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在結合附圖對本實用新型實驗儀作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的結構。如圖I所示的為實驗儀的整體結構布局，由USB接口、USB轉串口和并口電路、溫度傳感器、A/D或D/A轉換電路、鍵盤電路、IXD接口、LED顯示電路、超聲波電路、紅外收發(fā)電路、HALL傳感器、運算放大電路和信號驅動電路等組成；實驗儀采用USB總線提供的5V電源，單片機可選用STC公司的STC89C/SXX系列、ATMEL公司的AT89C/SXX系列或Philips公司P89V51系列的40腳直插式芯片;USB轉接口電路使用南京沁恒公司的CH341A芯片，CH341A控制芯片將USB通用接口轉換為串口或并口下載，下載時根據(jù)目標芯片下載模式不同，通過跳線的方式控制CH341A的SDA引腳電平來實現(xiàn)下載模式轉換，SDA引腳懸空則USB口轉串口下載模式，SDA引腳接地則USB 口轉并口下載模式，發(fā)光二極管亮滅指示USB設備連接狀態(tài)。數(shù)字溫度傳感器選用DS18B20，單總線與單片機的I/O 口相連，可以實時測量當前溫度，精度高，轉換時間短，不需要外部的模數(shù)轉換；A/D、D/A轉換由PCF8591作為主控芯片，實現(xiàn)4路模擬輸入量的信息采集，有四種不同的采集方式，和光敏電阻配合使用可以實現(xiàn)夜晚路燈的自動開關實驗，與LM324配合使用可以實現(xiàn)工業(yè)儀表、電壓表的功能實現(xiàn)，通過I2C總線方式可實現(xiàn)模數(shù)量的傳輸、讀取和存儲操作，也可以完成實驗儀外接模擬量的轉換；超聲波使用74HC04芯片構成發(fā)射的驅動電路，通過CX20106A解碼芯片電路接收超聲波，可完成超聲波測距實驗，如倒車雷達系統(tǒng)、超聲波門禁系統(tǒng)；紅外發(fā)射管通過38khz的載波發(fā)送不可見的紅外光，由1838紅外接收管接收并處理相應的功能代碼，實現(xiàn)種類不同的遙控器的解碼和控制系統(tǒng)開發(fā)；NE555方波產(chǎn)生器，也可設計成定時器，可以產(chǎn)生精準的方波，可以做PWM波形的試驗；實驗儀上還設計了 AT24C02存儲電路、DS1302實時時鐘電路和首頻放大電路，可以完成相關的系列實驗和開發(fā)系統(tǒng)。實驗儀中大部分模塊都可以并行工作，運用3個74HC573并口鎖存器為單片機PO 口擴展出了 32個輸出引腳，分別驅動8個LED小燈，2個4位的共陽數(shù)碼管；通過一個74HC573鎖存器連接NUL2003驅動芯片控制蜂鳴器，繼電器，外接揚聲器，外接步進電機和外接直流電機，并且PO腳還復用控制IXD12864和IXD1602兩個液晶顯示屏，通過擴展出這些豐富的輸入輸出引腳資源，實驗儀可以并發(fā)完成多個綜合項目的開發(fā)和實驗，并且能夠保證整個系統(tǒng)運行安全可靠，不受干擾。以上說明書中描述的只是本實驗儀的具體實施方式
，各種舉例說明不對本實驗儀的實質內容構成限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離實用新型的實質和范圍。
權利要求1.便攜通用型51單片機教學實驗儀，其特征為實驗儀由核心控制模塊、外圍模塊和下載模塊三部分組成，核心控制模塊由STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列主控芯片和最小支撐電路構成，下載模塊主要由CH341A芯片及其支撐電路構成，外圍模塊主要由USB接口模塊、電源模塊、二級管小燈、鍵盤、LED數(shù)碼管、LCD液晶、超聲波傳感器、溫度傳感器、HALL傳感器、紅外發(fā)射接收電路、電流電壓及功率放大電路、A/D或D/A轉換電路、信號驅動和放大電路、EEPROM存儲器、時鐘、定時器電路、繼電器控制、光敏傳感器、直流電機和步進電機模塊構成。
2.根據(jù)權利I要求所述的便攜通用型51單片機教學實驗儀，其特征為所述的實驗儀的下載模塊是選用南京沁恒公司的CH341A為主控芯片，支持USB 口轉串口或并口兩種下載模式，從而可以兼容多款51單片機的在線編程下載，解決當前主流電腦的串口和并口基本被USB 口取代而無法下載的問題，實驗儀通過USB 口從PC機取電，下載和調試過程中無需外接電源。
3.根據(jù)權利I要求所述的便攜通用型51單片機教學實驗儀，其特征為所述的51單片機是STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列的40腳直插式芯片，溫度傳感器芯片為DS18B20，A/D或D/A轉換電路主控芯片為PCF8591，電流電壓及功率放大電路芯片為LM324，EEPROM存儲器芯片AT24C02，時鐘芯片為DS1302，字符LCD液晶選用IXD1602，漢字IXD液晶選用IXD12864，信號驅動和放大電路選用ULN2003驅動放大芯片，超聲波傳感器電路由超聲波發(fā)射頭和接收頭組成，超聲波解碼芯片為CX20106A，紅外發(fā)射接收電路選用紅外一體頭1838及紅外發(fā)射管，光敏傳感器模塊選用CDS光敏電阻器，直流電機、步進電機和繼電器額定工作電壓均為5V。
專利摘要本實用新型涉及一種教學實驗儀器，尤其是一種便攜通用型51單片機教學實驗儀。實驗儀由核心控制模塊、外圍模塊和下載模塊三部分組成，核心控制模塊由STC公司的STC89C/SXX系列和ATMEL公司的AT89C/SXX系列的40腳直插式主控芯片和最小支撐電路構成，外圍模塊主要由一些常用外圍器件接口電路構成，下載模塊主要由CH341A芯片及其支撐電路構成。實驗儀下載模塊可以實現(xiàn)USB接口轉串口或并口方式下載，可方便于目前沒有串口和并口的臺式和筆記本電腦使用，同時實驗儀可通過USB口從PC機獲取工作電源。實驗儀支持與KEIL軟件聯(lián)調，集編輯、編譯、下載和調試于一體。實驗儀體積小，接口連接方便，有利于學生更好地掌握51系列單片機原理及綜合項目開發(fā)技術，提高學生動手能力和創(chuàng)新能力。
文檔編號G09B23/18GK202795859SQ20122051051
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權日2012年10月8日
發(fā)明者張靜, 陶洪, 聶章龍, 楊戈 申請人:常州信息職業(yè)技術學院, 聶章龍