一種模塊化單片機實訓儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模塊化單片機實訓儀，屬于教學儀器的技術領域。
【背景技術】
[0002]單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O端口、中斷系統和定時器/計時器等電子元件(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統。如今單片機已經滲透到我們生活的各個領域，起著不可替代的作用，所以對于單片機相關知識的學習和掌握變得非常重要，而做單片機實驗是單片機學習中尤為重要的一部分。
[0003]在以往的單片機實驗中，用戶往往在廠家提供的一整塊大電路板上進行多種操作，并且很多功能模塊的信號控制引腳已經在電路板上固定連接好，用戶無法自己體驗各個控制引腳的功能，并且無法設計自己的電路方案，僅能根據廠家固定的連接方式，鍛煉一下編程能力。這種實驗方式，優點是簡單，但是不利于用戶深入理解單片機的工作原理，也無法鍛煉自己的系統設計能力。
[0004]以往的單片機實訓儀可擴展性不強，能夠完成的實驗內容有限，一般只能滿足驗證性實驗，無法完成創新性實驗。
[0005]以往的單片機實訓儀只能滿足單一型號的單片機的實驗，無法實現多門課的資源共享，造成一定的重復建設和資源浪費。
[0006]這些缺點的存在為單片機實訓儀的設計提出了新的要求。單片機實訓儀應該兼顧8位MCS-51單片機，8位新型AVR單片機，16位MSP430單片機以及32位STM32 Cortex M系列單片機的實驗要求，能夠實現一機多用。要求單片機實訓儀具有全開放式連接結構，要求采用模塊化結構支持持續的功能擴充，甚至用戶自己設計模塊進行插接。
[0007]中國專利CN201829080U(ZL201020560376.5)公開了一種開放型獨立模塊式單片機教學實驗箱。該實驗箱采用雙層設計，底層為電源底板層，上層為模塊層；為開放式結構；模塊層設置11個模塊，分別為:主控制器模塊、I/o 口擴展模塊、傳感器模塊、矩陣鍵盤模塊、流水燈按鍵模塊、數碼管模塊、電機模塊、數模模數轉換模塊、存儲器模塊、繼電器模塊和交通燈模塊，每個模塊通過標準的電源接口連接在電源底板層上。該實驗箱采用完全獨立模塊化設計，實驗組織更加靈活，通用性更強；電源底板與模塊雙層設計，預留有標準接口，擴展性更強；但是此種實驗箱需要通過插口或者連接線將模塊與電源底層板上；插口連接，操作困難，連接線連接的方式連線繁雜，降低實驗效率，而且，無論是哪種連接方式，反復的拔插容易損壞插口，維護成本高，實用性底。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的不足，本發明提供一種模塊化單片機實訓儀，該實訓儀采用全開放式信號連接，支持多型號的單片機，并通過連線開關進行任意切換，實現了一機多用；采用模塊化設計，利于用戶理解各個控制引腳的功能；而且該實訓儀改變了傳統的插口或者連接線的連接方式，直接采用連線開關實現連接，簡單明了，而且也不存在反復拔插帶來的磨損問題，提高了實驗效率，降低了維護成本。
[0009]本發明采用的技術方案是:
[0010]一種模塊化單片機實訓儀，包括母板、子板和底板；母版設置在底板的上側；子板設置在底板上；子板與母版的總線連接；母板上設置有母板CPU、連線開關區和多個電子模塊；所述連線開關區包括多個連線開關，所述連線開關的一端連接母板CPU，另一端連接子板或者所述電子模塊。連線開關的啟閉用于控制母板CPU與連接子板或者電子模塊的連接，連線開關區相當于一個模塊調用控制臺，沒有連線的復雜，操作方便高效。
[0011]根據本發明優選的，所述母板CPU包括2個雙排32pin排母；所述電子模塊包括電源電路、鍵盤、顯示電路、開關量產生、開關量指示、繼電器輸出電路、電機驅動電路、蜂鳴器電路、RS232串口通信電路、交通信號燈指示電路、霍爾元件傳感器電路、LS138 一碼電路、音頻功放電路和五向開關指不電路；所述音頻功放電路連接有揚聲器。
[0012]根據本發明進一步優選的，所述電機驅動電路包括直流電機和步進電機；電機驅動電路驅動的最大電流是2A ;所述直流電機包括霍爾傳感器和驅動電路；所述步進電機包括設置有相位指示燈的驅動電路；所述顯示電路包括LCD與16X X 16點陣接口電路；所述IXD包括1602、12864及2.8吋TFT彩色IXD ;所述繼電器輸出電路采用TLP281光耦隔離；所述鍵盤包含一個4X X 4矩陣式鍵盤和3個獨立式鍵盤，4X X 4矩陣式鍵盤通過7279芯片或者825510接口控制；所述電源電路包括12V、±5V及3.3V電源，電源電路的功率大于35W。霍爾傳感器及其驅動電路用于直流電機的轉速檢測；直流電機驅動電路具有電機轉向及PWM轉速調節能力；繼電器輸出電路采用TLP281光耦隔離可以消去繼電器線圈對輸入級的影響干擾。用戶可以通過8位DIP開關自由選擇4X4矩陣式鍵盤的管理芯片；3個獨立式鍵盤通過二極管構成邏輯與電路，從而實現共用一個中斷接口。
[0013]根據本發明優選的，所述子板包括P1子板、CPU子板、AD/DA子板、實時時鐘RTC子板、I2C子板，存儲器Memory子板、傳感器Sensors子板、通信Communicat1n子板、信號發生器子板、MP3子板、語音錄放子板、無線通信Wireless子板、3G通信子板、USB接口子板、以太網Ethernet子板、DDS子板、IC卡及射頻卡讀寫子板。子板的設計能夠提供充足的功能模塊供用戶實驗和設計。滿足了學生除了實驗課以外的電子設計用途。
[0014]根據本發明進一步優選的，所述AD/DA子板包括+5V轉-5V電源電路、0-5V模擬信號提供電路、ADC0809模數轉換電路、DAC0832數模轉換電路；所述ADC0809模數轉換電路為8位逐次逼近型AD轉換器；所述DAC0832數模轉換電路為建立時間為Ius的CMOS工藝、8位并行、電流型中速DA轉換芯片；所述P1子板包括SN74LS164/SN74LS165AD串并轉換模塊、SN74LS373DW鎖存擴展并行輸入輸出模塊、8255A可編程擴展并行輸入輸出模塊；所述實時時鐘RTC子板采用DS12887時鐘芯片，內部晶振和外部鋰電池集成于DS12887時鐘芯片內部；所述I2C子板包括TLC549CD串行ADC模塊、TLC5615串行DA模塊、DS12887串行時鐘模塊和PCF8574串口轉并口模塊；所述傳感器Sensors子板包括紅外對管收發電路模塊、18B20測溫模塊、DHTll測溫濕度電路以及傳感器擴展區；所述通信Communicat1n子板包括485通信和CAN總線通信；所述無線通信Wireless子板為一個無線通信連接板；所述3G通信子板插接有華為3G模塊MG323 ;所述以太網Ethernet子板設置有以太網管理芯片W5100。所述ADC0809模數轉換電路可以分時采集8路模擬信號，轉換時間為10us左右。DS12887芯片具有微功耗，外圍電路簡單，精度高，工作穩定可靠特點，可廣泛應用各種需要較高精度的實時時鐘場合中。傳感器擴展區用于擴展超聲波測距、雷達測距、紅外熱釋電等電路；所述無線通信連接板便于連接PT2272無線通信模塊和24L01無線通信模塊。所述以太網管理芯片W5100使以太網Ethernet子板具有完整的TCP/IP硬件協議棧功能。
[0015]根據本發明進一步優選的，所述信號發生器子板包括方波、三角波、正弦波信號發生電路、脈沖、鋸齒波發生電路；所述方波、三角波、正弦波信號由ICL8038為核心芯片產生，經比較器，放大器形成；所述脈沖、鋸齒波信號是555定時器產生經比較、放大得到，信號發生器產生的信號頻率最大值是20?20kHz ;所述DDS子板設置有可編程正弦波、方波信號生成芯片AD9850 ；DDS子板生成信號的頻率的最大值是20MHz ;所述語音錄放Recorder子板設置有ISD1760語音錄放芯片、外部音頻輸入輸出和板上麥克風；所述MP3子板設置有VS1003 MP3解碼芯片、板上MIC、耳機和喇叭輸出、SD卡插槽，所述SD卡插槽最大支持2G SD卡；所述USB子板包括USB Host與USB Device擴展子板，所述USB Device擴展子板上設置有CH375芯片；所述IC及射頻卡讀寫電路子板，包括IC卡讀寫插座及控制接口電路、IS014443射頻卡接口電路；所述IS0