专利名称：基于mcu的教学实验平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于MCU的教学实验平台，应用于教学。
背景技术：
现有的MCU教学实验平台大多采用固定一款MCU作为实验仿真器，可提供跑马灯， 蜂鸣器、按键及显示等功能，仅支持单电源供电及单烧写功能，不能展开接口和综合性实验，功能结构不全，不能满足拓展创新实验的需求，造成资源的浪费，不利于学生全面掌握 MCU开发原理，另外现有的开发平台多为试验箱，成本较高，大约三千元以上，本实用新型的成本控制在100元左右，提供的实验功能优于现有通用的实验箱。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于MCU的教学实验平台，旨在解决现有MCU教学实验平台仅支持单电源供电及单烧写功能，实验教学功能简单，成本高，二次开发能力不强等问题。本实用新型的特征在于一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于包括MCU芯片、复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、 步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPR0M、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片，所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPR0M、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。本实用新型的优点1、实现了 USB和适配器的双电源供电，串口和USB双烧写，电源和电池双时钟供电等功能。2、外部资源丰富，在提供全功能教学实验的同时，各种模块及 MCU接口均引出，适于教学实验的创新拓展。3、本实用新型电路设计巧妙、结构合理、性能稳定、便于升级、方便制作与实用，并极具便捷性。4、支持51系列、40DIP接口的任何MCUdi 足了单片机技术的快速发展，使得本实用新型不会过时，有利于相应新型MCU的教学实验。本实用新型有利于提高实验者的动手创新能力，便于实验者掌握MCU系统开发的全过程。由于具有双电源供电、双烧写功能、双时钟供电、功能齐全、二次开发能力强、体积小、重量轻、可靠性高等优点，因此有着广阔的应用前景。
图I是本实用新型的整体结构示意图。图2是MCU芯片引脚图。图3是2个4位共阴极数码管和74HC573锁存模块。图4是I位共阳极数码管和74HC959串入并出模块。[0011参考图I至图20，一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于包括MCU芯片、复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPR0M、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片，所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、 继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPR0M、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。具体实施过程本实用新型提供了供电、烧写程序、通信于一体的USB接口，DB9串口通信线，USB转串口线，从而实现了双电源供电和双烧写功能。其它各模块的功能实现如下数码管模块(如图3、图4)，包括2个4位共阴极位数码管显示实验和I位共阳极数码管显示实验。2个4位共阴极位数码管共阴极接口通过引出(J16)、数据接口通过74HC573 锁存引出(J12)，可直接用MCU的I/O 口驱动实现静态显示，也可以用74HC138输出接口(图 16 J15)连接共阴极接口驱动实现动态显示。通过动静态来显示各种数据，包括按键键值、 日期、时间、红外编码值等。I位共阳极数码管接口引出可直接用MCU的I/O 口驱动也可以通过74HC595串入并出(JP2连接JP3，图18JP595短接)来驱动。LCD显示模块(如图5)，包括1602显示和12864显示。1602和12864接口均引出， 即用即插，节省空间。以MCU的PO 口做为显示模块的数据输入，P2. 7和P2. 6控制显示模块的读写端，并通过可变电位器来调节显示的对比度。1602显示实验可做数字、字符等显示； 12864显示实验，可以显示字符、图像、中文等。双色点阵模块为8X8红绿双色点阵模块(如图6)，其接口均引出可由MCU的I/O口直接驱动或由74HC595 (图4)串入并出驱动。通过字模的选取可实现不同颜色字母、中文、图形的显示。步进电机模块(如图7、图8)，MCU的Pl 口连接74LS14的输入端，并且74LS14输出与达林顿ULN2003D相连接，以ULN2003D来驱动五线四相步进马达。通过编程可实现单双八拍，双四拍及加减速等实验。继电器模块(如图7、图8)，MCU的Pl 口连接74LS14的输入端，并且74LS14输出与达林顿ULN2003D相连接，通过J2短路针以ULN2003D来驱动继电器。蜂鸣器模块(如图7、图8)，MCU的Pl 口连接74LS14的输入端，并且74LS14输出与达林顿ULN2003D相连接，通过J8短路针以达林顿ULN2003D来驱动蜂鸣器报警、响铃或
产生音乐。A/D和D/A转换模块(如图9)，采用单电源、低功耗的工业级芯片PCF8591P。该芯片同时具有A/D转换和D/A转换的功能，拥有4路模拟输入和I路模拟输出。通过改变与 PCF8591P相连接的2个电位器，来改变对应的2段模拟输入，通过观察数码管的数字变化情况来模拟A/D转换实验；通过修改程序中的数字量来实现模拟输出，可观察MCU教学平台上 DA处LED的亮度变化。本实用新型采用的工业级芯片，有利于做到教学到应用的转化。串口 EEPROM (如图9)，本实用新型采用A24C02芯片，该芯片具有2KB存储空间， 为实验过程中的各种参数和数据提供的广阔的存储空间。通过MCU的P2. O和P2. I来控制 A24C02的SCL和SDA，通过软件模拟来完成MCU与A24C02的数据传输。红外通信模块(如图10)，进行实验时将JO短路针短接，即将红外接头与MCU的 P3. 2连接。此时本实用新型即可进行红外控制本实验平台上的各功能模块，包括红外控制数码管、红外控制继电器等。温度传感器模块(如图10)，本使用新型采用DS18B20温度传感器。在将MCU的I/ O 口与数码管连接在一起后，通过编程来读取数字温度信号，即可在数码管(图3、图4)上显示相应的温度数字。键盘模块(如图11)，分为3X4矩阵键盘和8位独立键盘两部分。各部分接口均引出，实验时将其与8位LED发光管或数码管连接，实现独立按键控制跑马灯形式和读按键键值等实验，亦可通过独立键盘来进行MCU中断系统和定时系统的学习。串行通信模块(如图12)，本实用新型运用MAX232和PL2303芯片来进行MCU的串行通信。实验时，将JTXD和JRXD上各相应的短路针短路，即可实现MCU的串口通信。并提供了 USB通信(如图13 )，在USB通信口，本使用新型提供了供电、烧程序、通信和仿真于一体的接口，无需电源线。发光管模块(如图14)，8个LED发光管接口均引出，可用排线将其连接到MCU的I/ O接口拓展槽或通过74HC595串入并出(图4)来驱动(即将相应的LED发光管接口连接到 74HC595的输出端)。通过对MCU的编程可实现8个LED各种形式的点亮方式。实时时钟模块(如图15)，本实用新型采用DS1302时钟芯片。以MCU的P35作为时钟芯片的片选，P36作为时钟信号。实验时将图18中JP1302短路针短接，即DS1302与 MCU的P34 口连接。通过编程模拟DS1302的工作，即可通过数码管(图3、图4)来显示实时时钟。ISP和PS2接口(如图17)，ISP功能模块使得本使用新型可通过电脑直接烧录程序，无需另外购买烧录器和仿真器，方便了本使用新型的使用，极具便捷性。PS2模块使用中根据应用实例用跳线将JlO中两端口分别于MCU的I/O连接，并连接数码管(图3)，即可实现数码管显示键盘的键值。通过PS2把电脑键盘与MCU连接，通过获得大量的输入按钮，使此板的功能更进一步的强大。除上诉各个模块独立功能外，本实用新型还能进行综合性的实验，具有良好的二次开发的能力。例如红外控制步进电机、温度监测系统等。以上所述仅为本实用新型的个功能模块的实现方式，不应作为限制本实用新型。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
权利要求1.一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于包括MCU芯片、复位电路、时钟电路、 电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPR0M、温度传感器模块、键盘模块、 串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片，所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPR0M、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。
2.根据权利要求I所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于所述的数码管模块包括2个4位共阴极位数码管显示和I位共阳极数码管显示。
3.根据权利要求I所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于所述LCD显示模块包括1602显示和12864显示。
4.根据权利要求I所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于所述双色点阵模块为8X8红绿双色点阵模块。
5.根据权利要求I所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于所述键盘模块分为 3X4矩阵键盘和8位独立键盘两部分。
6.根据权利要求I所述的基于MCU的教学实验平台，其特征在于所述串行通信模块采用MAX232和PL2303芯片进行MCU串行通信。
专利摘要本实用新型涉及一种基于MCU的教学实验平台，其特征在于所述复位电路、时钟电路、电源模块、发光管模块、数码管模块、LCD显示模块、双色点阵模块、步进电机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、红外通信模块、A/D和D/A模块、串行EEPROM、温度传感器模块、键盘模块、串行通信模块、USB模块、PS2接口、ISP接口、时钟芯片分别与MCU芯片电路连接。本实用新型有利于提高实验者的动手创新能力，便于实验者掌握MCU系统开发的全过程。由于具有双电源供电、双烧写功能、双时钟供电、功能齐全、二次开发能力强、体积小、重量轻、可靠性高等优点，因此有着广阔的应用前景。
文档编号G09B23/18GK202352205SQ2011205046
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者何明华, 樊明辉, 汤云东, 高海云 申请人:福州大学