专利名称：单片机互动教学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单片机互动教学系统，属于教学仪器技术领域，可广泛应用于《单片机原理及应用》及其相关课程的教学中。
背景技术：
目前高校《单片机原理及应用》课程，一般采用理论课堂教学和实验教学不同步的教学方式，以课堂教学为主、实验教学为辅，这种教学方式效果不是很好。随着高校实践教学改革的发展，如何利用现代化教育技术，把课堂教学和实验教学有机结合，最大限度地提高学生动手能力和创新能力，成为高校研究主要内容。为此研制开发了一种单片机互动教学系统，很好地解决了上述问题。该系统既保留了原有教学思想和理念，又发挥了同步教学互动系统的优势，把课堂教学和实验教学真正融为一体。借助现代化的计算机技术和网络技术，增加了教师和学生间的互动，实现了课堂教学和实验教学的同步进行，达到了较好的教学效果。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能克服上述缺陷、使理论课堂教学和实验教学能够同步、教师与学生之间可以互动的单片机互动教学系统。其技术方案为包括教师端设备、多套学生端设备和交换机，其中教师端设备包括教师端主机以及与教师端主机连接的投影仪、视频头和音频头，每套学生端设备包括学生端微机以及与学生端微机连接的视频头、音频头和示波器，其特征在于在教师端设备及每套学生端设备均增设一套多功能单片机实验装置，每套多功能单片机实验装置均包括电源系统、MCS-51 主板、MCS-96主板、8086/8088主板、外部数据存储器扩展电路、继电器及驱动电路、步进电机及驱动电路、I/O 口扩展并行输入输出电路、键扫显示控制电路、A/D转换电路、D/A转换器电路、8253定时/计数器电路、8255并行I/O 口扩展电路和CPU选择开关电路，其中 MCS-51主板、MCS-96主板和8086/8088主板经CPU选择开关电路接外部数据存储器扩展电路、继电器及驱动电路、步进电机及驱动电路、I/O 口扩展并行输入输出电路、键扫显示控制电路、A/D转换电路、D/A转换器电路、8253定时/计数器电路和8255并行I/O 口扩展电路，电源系统分别提供+5V、-5V、+12V、-12V直流电源。本实用新型与现有技术相比，其优点是1、实现了课堂教学和实验教学同步进行，信息可在教师端设备和学生端设备之间传输。教师端可看到每个学生端的信息，学生端也能看到教师端的信息。2、上述多功能单片机实验装置中的实验内容，均为模块化电路，每个单元独立设计、互不干预，又可灵活组合，自由开发，所有总线接口均使用扁平电缆连接，让学生通过理论学习，独立设计该接口器件的应用电路。3、本实验装置中的部分模块，具有智能检测与控制状态，在此状态下无须连接实验导线，运行自检程序即可对实验系统各接口项目进行全面扫描，为实验系统的管理与维护提供了方便。4、实验装置采用多CPU兼容技术，把不同类型CPU的三总线浓缩与合成，形成完全混为一体的通用型单片机仿真实验系统，配备了 CPU选择开关电路，简化了不同类型CPU选择操作。
图1是本实用新型实施例的构成框图。图2是多功能单片机实验装置的结构框图。图3是外部数据存储器扩展电路原理图。图4是继电器及驱动电路原理图。图5是步进电机及驱动电路原理图。图6是I/O 口扩展并行输入输出电路原理图。图7是键扫显示控制电路原理图。图8是A/D转换电路原理图。图9是D/A转换电路原理图。图10是8253定时/计数器电路原理图。图11是8255并行I/O 口扩展电路原理图。图12是CPU选择开关电路图。图中1、多功能单片机实验装置2、投影仪3、视频头4、教师端主机5、音频头 6、交换机7、学生端微机8、音频头9、示波器10、视频头11、电源系统12、MCS-51主板 13、MCS-96主板14、8086/8088主板15、CPU选择开关电路16、外部数据存储器扩展电路 17、继电器及驱动电路18、步进电机及驱动电路19、I/O 口扩展并行输入输出电路20、键扫显示控制电路21、A/D转换电路22、D/A转换电路23、8253定时/计数器电路24、8255 并行I/O 口扩展电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。图1所示为单片机互动教学系统构成框图，包括教师端设备、多套学生端设备和交换机6，其中教师端设备包括教师端主机4以及与教师端主机4连接的投影仪2、视频头3 和音频头5。每套学生端设备包括学生端微机7以及与学生端微机7连接的视频头10、音频头8和示波器9，并且在教师端设备及每套学生端设备均增设一套多功能单片机实验装置1。图2中配备了 CPU选择开关电路15，采用多CPU技术，根据教学需要分别选择 MCS-51主板12、MCS-96主板13和8086/8088主板14，其它电路包括外部数据存储器扩展电路16、继电器及驱动电路17、步进电机及驱动电路18、1/0 口扩展并行输入输出电路19、 键扫显示控制电路20、A/D转换电路21、D/A转换器电路22、8253定时/计数器电路23和 8255并行I/O 口扩展电路M，经CPU选择开关电路15控制与MCS-51主板12、MCS_96主板 13或8086/8088主板14连接。其工作原理为电源系统11提供+5V、_5V、+12V、_12V直流稳压电源，用连接线和外部数据存储器扩展电路16连接，可使用外部数据存储器扩展电路16 ；用连接线和继电器及驱动电路17连接，可使用继电器及驱动电路17 ；用连接线和步进电机及驱动电路18连接，可使用步进电机及驱动电路18 ；用连接线和I/O 口扩展并行输入输出电路19连接，可使用I/O 口扩展并行输入输出电路19 ；用连接线和键扫显示控制电路 20连接，可使用键扫显示控制电路20 ；用连接线和A/D转换电路21连接，可使用A/D转换电路21 ；用连接线和D/A转换器电路22连接，可使用D/A转换器电路22 ；用连接线和8253 定时/计数器电路23连接，可使用8253定时/计数器电路23 ；用连接线和8255并行I/O 口扩展电路M连接，可使用8255并行I/O 口扩展电路24。图3中外部数据存储器扩展寻址操作，将存储器RAM的DO D7总线接口，用8 芯扁平线与总线DO D7的任一接口相连；将存储器RAM的AO A7地址接口，与地址总线单元低八位AO A7的任一接口相连；将存储器RAM的A8 A15地址接口，与地址总线单元高八位A8 A15的任一接口相连。图4中开关量输入端JIN接芯片74LS04的输入端，芯片74LS04的输出端经电阻 Rl接三极管VT的基极，三极管VT的集电极分别经二极管4001、继电器J接电源Vcc，三极管VT的发射极接地，并经电阻R2接三极管VT的基极。当开关量输入端JIN输入数字电平 “0”时，继电器J动作，常开触点JK闭合、常闭触点JB断开。图5中脉冲信号输入端BA、BB、BC、BD与芯片74LS04的输入端连接，芯片74LS04 的输出端经驱动器7M52分别接步进电机的A相、B相、C相、D相连接。在电源VCC和地之间连接了 4个4. 7ΚΩ电阻和4个二极管。图6中锁存器74LS273的输入端Dl D8，用8芯扁平线与DO D7总线接口连接，锁存器74LS273的输出端Ql Q8，用8芯扁平线与POO P07总线接口连接；锁存器 74LS244的输入端IAl 2A8，用8芯扁平线与PIO PI7总线接口连接，锁存器74LSM4 的输出端IYl 2Y8，用8芯扁平线与DO D7总线接口连接。图7中芯片IC1、芯片IC2、芯片IC3的输入端，分别用8芯扁平线与DO D7总线接口连接。芯片ICl的输出端连接6位LED数码管的段码，芯片IC2的输出端和驱动器 75452的输入端连接，驱动器75452的输出端连接6位LED数码管的位码。字形口与芯片 ICl的11脚连接。字位口 /键扫口与芯片IC2的11脚连接，键入口与芯片IC3的19脚连接。芯片IC2、芯片IC3的输出端与矩阵式键盘连接，4个10ΚΩ电阻和电源连接。图8中A/D转换芯片ADC0809的输入端INO IN7与外电路的输入模拟量连接， A/D转换芯片ADC0809的输出端用8芯扁平线与DO D7总线接口连接。图9中D/A转换芯片DAC0832的输入端DIO DI7，用8芯扁平线与数据总线接口连接。D/A转换芯片DAC0832的输出端11脚、输出端12脚与集成运放IC4的输入端连接，完成电流/电压的变换，集成运放IC4的输出端经电阻R7接集成运放IC5的输入端，电阻R4接在集成运放IC5的7脚和6脚之间，电阻R5接在集成运放IC5的7脚和5脚之间， 电阻R6接在集成运放IC5的6脚和电源VCC之间。图10中芯片8253的输入端DO D7用8芯扁平线与总线接口连接，芯片8253 的11脚接+5V电源，芯片8253的15脚与串行口连接。图11中1/0 口扩展芯片8255的PA 口与芯片27128的数据线DO D7连接，芯片8255的PB 口与芯片27128的AO A7连接，芯片8255的PCO PC5对应与芯片271 的A8 A13连接。三极管9013的基极分别经电阻R7接芯片27128的22脚、经电阻R8接地；三极管9013的射极与地连接；三极管9013的集电极经电阻R9分别接三极管9015的基极、电阻RlO的一端和电阻Rll的一端，三极管9015的射极分别接电容Cl 2的一端和电阻RlO的另一端，电容Cl 2的另一端和电阻Rll的另一端接地；三极管9015的集电极经二极管VD2分别接二极管VDl和芯片271 的1脚，二极管VDl的另一端接电源VCC。 图 12 中“96” 表示 MCS-196KB/KC、“88” 表示 8088/8086、“51” 表示 AT89C52/ STC89C58。通常情况下，在开机前正确选择当前CPU类型。在通电状态下，亦可拨动选择开关Sl或选择开关S2改变当前CPU类型，但是在改变当前CPU类型后要用RESET系统复位命令加以确认，若不按复位命令按钮会引发“死机”。
权利要求1. 一种单片机互动教学系统，包括教师端设备、多套学生端设备和交换机(6)，其中教师端设备包括教师端主机以及与教师端主机(4)连接的投影仪O)、视频头C3)和音频头(5)，每套学生端设备包括学生端微机(7)以及与学生端微机(7)连接的视频头(10)、 音频头(8)和示波器(9)，其特征在于在教师端设备及每套学生端设备均增设一套多功能单片机实验装置，每套多功能单片机实验装置均包括电源系统(11)、MCS-51主板(12)、 MCS-96主板(1；3)、8086/8088主板(14)、外部数据存储器扩展电路(16)、继电器及驱动电路(17)、步进电机及驱动电路(18)、1/0 口扩展并行输入输出电路(19)、键扫显示控制电路 O0)、A/D转换电路Ol)、D/A转换器电路(22)、8253定时/计数器电路(23)、8255并行I/ 0 口扩展电路(24)和CPU选择开关电路(15)，其中MCS-51主板(12)、MCS_96主板(13)和 8086/8088主板(14)经CPU选择开关电路(1 接外部数据存储器扩展电路(16)、继电器及驱动电路(17)、步进电机及驱动电路(18)、1/0 口扩展并行输入输出电路(19)、键扫显示控制电路(20)、A/D转换电路(21)、D/A转换器电路(22)、8253定时/计数器电路(23)和 8255并行I/O 口扩展电路(24)，电源系统(11)分别提供+5V、-5V、+12V、-12V直流电源。
专利摘要本实用新型涉及一种单片机互动教学系统，包括教师端设备、多套学生端设备和交换机，其中教师端设备包括教师端主机以及与教师端主机连接的投影仪、视频头和音频头，每套学生端设备包括学生端微机以及与学生端微机连接的视频头、音频头和示波器，其特征在于在教师端设备及每套学生端设备均增设一套多功能单片机实验装置，每套多功能单片机实验装置均包括电源系统、MCS-51主板、MCS-96主板、8086/8088主板、外部数据存储器扩展电路、继电器及驱动电路、步进电机及驱动电路、I/O口扩展并行输入输出电路、键扫显示控制电路、A/D转换电路、D/A转换器电路、8253定时/计数器电路、8255并行I/O口扩展电路和CPU选择开关电路。本实用新型实现了课堂教学和实验教学同步进行。
文档编号G09B5/08GK202033911SQ201120054580
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者刘建飞, 刘连鑫, 宋吉江, 苗汇静 申请人:山东理工大学