一种基于无线通讯技术的单片机教学开发板的制作方法

本实用新型涉及无线通讯技术和单片机教学开发板技术领域，尤其是一种基于无线通讯技术的单片机教学开发板。

背景技术：

单片机技术自发展以来已走过了近20年的发展路程。单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。

当前，单片机教学开发板主要以教学演示为主，具备常用的教学演示功能。然而，在单片机教学开发板上没有设置辅助教学的模块，而单片机教学开发板上的功能模块比较多，对于大多数大中专院校的学生而言，在教学过程中很难快速熟悉和掌握，并需要更多的理论知识和实践技能去熟悉这些功能模块，因而无法完成单片机教学开发板的实验结果的主动检测工作，这部分工作一般由教师来完成，由此增加了教师的工作量，也不利于学生的学习进步。

与此同时，随着科学技术的飞速发展，蓝牙通信、WiFi通信技术和物联网通信技术虽然在生活中得到广泛应用，但是却没有运用于单片机教学开发板。为此提供一种基于蓝牙、WiFi、物联网等无线通讯技术的单片机教学开发板，为解决现有的单片机教学开发板不具备通讯功能的缺点，并实现单片机教学开发板与其它系统之间的无线通讯就显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是要解决当前在单片机教学开发板上却缺乏辅助教学的模块，无法自主对实验结果进行自主检测，并且不具备通讯功能，不利于学生进行联网学习的问题，为此提供一种基于无线通讯技术的单片机教学开发板。

本实用新型的具体方案是：一种基于无线通讯技术的单片机教学开发板，包括集成设置于一块PCB板上单片机、与所述单片机通讯连接的显示单元、数据接收单元、ISP接口模块、USB自动下载模块、步进电机驱动模块、数据存储模块和4*4矩阵键盘模块，步进电机驱动模块连接并驱动蜂鸣器模块，其特征是：在PCB板上还装有直流稳压电源模块和与所述单片机通讯连接的WiFi模块、物联网模块和蓝牙模块以及实验结果检测模块，实验结果检测模块连接并驱动语音模块，语音模块连接扬声器，直流稳压电源模块为PCB板上的各个模块提供工作电源。

本实用新型中所述显示单元包括液晶显示单元、8*8点阵模块、LED灯模块、数码管模块，并且液晶显示单元采用芯片LCD1602,LED灯模块为16位两种方式驱动的LED灯，数码管模块为8位动态数码管。

本实用新型中所述数据接收单元包括红外遥控接收模块、温度传感器模块、38译码器模块、A/D转换模块和8位锁存器模块，并且红外遥控接收模块采用IR红外接头，温度传感器模块为18B20接口，38译码器模块采用芯片74HC138，A/D转换模块板载光敏、热敏电阻，8位锁存器模块采用芯片74HC573。

本实用新型中所述单片机采用型号为STC90C516 1280 SRAM 64K Flash的C51系列单片机，单片机配备有芯片型号为DS1302的时钟模块，WiFi模块采用芯片ESP8266，物联网模块的采用芯片ZA2530A,蓝牙模块采用芯片CC2540。

本实用新型中所述步进电机驱动模块采用芯片ULN2003D，蜂鸣器模块采用无源蜂鸣器，ISP接口模块采用AT89S52单片机，数据存储器模块采用芯片24C02，USB自动下载模块采用USB串口芯片CH340。

本实用新型中所述实验结果检测模块采用型号为STM32F103RDT6的STM32系列单片机。

本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型成本低廉、功能齐全、性能稳定，满足了教师的教学要求和学生的学习需求；

(2)本实用新型实现了对实验结果进行自主检测，并通过语音模块、扬声器进行语音播报息，大大方便了教师的教学，减轻了教师的教学负担，并便于学生快速熟悉和掌握单片机教学开发板；

(3)本实用新型通过采用蓝牙通信、WiFi通信技术和物联网通信技术实现了单片机教学开发板与其它系统之间的无线通讯；

(4)本实用新型可连接至服务器，便于记录和保存实验数据。

附图说明

图1是本实用新型的控制结构框图；

图2是本实用新型中单片机的电路原理图；

图3是本实用新型中WiFi模块的电路原理图；

图4是本实用新型中数码管模块的电路原理图；

图5是本实用新型中物联网模块的电路原理图；

图6是本实用新型中蓝牙模块的电路原理图；

图7是本实用新型中液晶显示单元的电路原理图；

图8是本实用新型中LED模块的电路原理图；

图9是本实用新型中时钟模块的电路原理图；

图10是本实用新型中红外遥控接收模块的电路原理图；

图11是本实用新型中温度传感器模块的电路原理图；

图12是本实用新型中步进电机驱动模块和蜂鸣器模块的电路原理图；

图13是本实用新型中实验结果检测模块与语音模块的电路原理图。

图中：1—PCB板，2—单片机，3—显示单元，4—数据接收单元，5—蜂鸣器模块，6—ISP接口模块，7—USB自动下载模块，8—步进电机驱动模块，9—数据存储模块，10—4*4矩阵键盘模块，11—直流稳压电源模块，12—WiFi模块，13—物联网模块，14—蓝牙模块，15—语音模块，16—扬声器，17—液晶显示单元，18—8*8点阵模块，19—LED灯模块，20—数码管模块，21—红外遥控接收模块，22—温度传感器模块,23—38译码器模块，24—A/D转换模块，25—8位锁存器模块，26—时钟模块，27—实验结果检测模块。

具体实施方式

参见图1-13，本实用新型包括集成设置于一块PCB板1上单片机2、与所述单片机2通讯连接的显示单元3、数据接收单元4、ISP接口模块6、USB自动下载模块7、步进电机驱动模块8、数据存储模块9和4*4矩阵键盘模块10，在PCB板1上还装有直流稳压电源模块11和与所述单片机2通讯连接的WiFi模块12、物联网模块13和蓝牙模块14以及实验结果检测模块27，实验结果检测模块27连接并驱动语音模块15，语音模块15连接扬声器16，直流稳压电源模块11为PCB板1上的各个模块提供工作电源。

本实施例中所述显示单元3包括液晶显示单元17、8*8点阵模块18、LED灯模块19、数码管模块20，并且液晶显示单元17采用芯片LCD1602,LED灯模块19为16位两种方式驱动的LED灯，数码管模块20为8位动态数码管。

本实施例中所述数据接收单元4包括红外遥控接收模块21、温度传感器模块22、38译码器模块23、A/D转换模块24和8位锁存器模块25，并且红外遥控接收模块21采用IR红外接头，温度传感器模块22为18B20接口，38译码器模块23采用芯片74HC138，A/D转换模块24板载光敏、热敏电阻，8位锁存器模块25采用芯片74HC573。

本实施例中ISP接口模块6采用AT89S52单片机，数据存储器模块9采用芯片24C02，USB自动下载模块7采用USB串口芯片CH340。

本实施例中实验结果检测模块27实现了对各个功能模块实验结果的自主检测，并通过语音模块15、扬声器16进行语音播报息，大大方便了教师的教学，减轻了教师的教学负担，并便于学生快速熟悉和掌握单片机教学开发板。

本实施例中所述单片机2采用型号为STC90C516 1280 SRAM 64K Flash的C51系列单片机，其电路原理图如图2所示，单片机2的工作频率在0～40MHz,相当于普通8051单片机工作频率的0～80MHz，并配备有芯片型号为DS1302的时钟模块26，时钟模块26的电路原理图如图9所示，时钟模块26的5引脚、6引脚、7引脚、分别与单片机2的15引脚、14引脚、16引脚连接。DS1302片内有31个RAM单元，对片内RAM的操作有两种方式：单字节方式和多字节方式。当控制命令字为C0H~FDH时为单字节读写方式，命令字中的D5～D1用于选择对应的RAM单元，其中奇数为读操作，偶数为写操作。在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。

本实施例中WiFi模块12采用芯片ESP8266，其电路原理图如图3所示，ESP8266的22引脚为TXD，是模块的串口发送端，21引脚为RXD,是模块的串口接受端，WiFi模块12的22引脚和21引脚分别通过杜邦线与单片机2的10引脚和11引脚相连,完成WiFi模块12与单片机2之间的通信。

本实施例中数码管模块20的电路原理图如图4所示，数码管模块中的74HC245芯片的2引脚、3引脚、4引脚、5引脚、6引脚、7引脚、8引脚、9引脚分别与单片机2的39引脚、38引脚、37引脚、36引脚、35引脚、34引脚、33引脚、32引脚连接。本实用新型采用的是共阴LED显示器。使用数码管LED显示器时，为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段，因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。

本实施例中物联网模块13的采用芯片ZA2530A,其电路原理图如图5所示，ZA2530A的18引脚为TX，是模块的串口发送端，19引脚为RX,是模块的串口接受端，物联网模块13的18引脚和19引脚分别通过杜邦线与单片机2的10引脚和11引脚相连，完成物联网模块13与单片机2之间的通信。

本实施例中蓝牙模块14采用芯片CC2540，其电路原理图如图6所示，CC2540的14引脚为RX，是模块的串口发送端，15引脚为TX,是模块的串口接受端，蓝牙模块14的15引脚和14引脚分别通过杜邦线与单片机2的10引脚和11引脚相连，完成蓝牙模块14与单片机2之间的通信。

本实施例中液晶显示单元17采用芯片LCD1602，其电路原理图如图7所示，LCD1602的4引脚、5引脚、6引脚、7引脚、8引脚、9引脚、10引脚、11引脚、12引脚、13引脚、14引脚分别与51单片机的27引脚、24引脚、28引脚、39引脚、38引脚、37引脚、36引脚、35引脚、34引脚、33引脚、32引脚连接。LCD1602是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块，由5x10的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

本实施例中LED模块19的电路原理图如图8所示，LED模块19的RP7的1引脚、2引脚、3引脚、4引脚、5引脚、6引脚、7引脚、8引脚分别与单片机2的21引脚、22引脚、23引脚、24引脚、25引脚、26引脚、27引脚、28引脚连接。LED的工作是有方向性的，只有当正级接到LED阳极，负极接到LED的阴极的时候才能工作，如果反接LED是不能正常工作的，当LED的阳极串联一个电阻，然后连接到电源VCC，而LED的阴极连接到单片机2的P2口，把单片机2相对应的IO赋为低电平，相应的LED灯才能被点亮。

本实施例中红外遥控接收模块21的电路原理图如图10所示，红外遥控接收模块的1引脚接单片机2的12引脚。为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，红外遥控器常用载波的方式传送二进制编码，常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。所以，红外遥控器是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。红外接收设备是由红外接收电路、红外解码、电源和应用电路组成。红外遥控接收器的主要作用是将遥控发射器发来的红外光信好转换成电信号，再放大、限幅、检波、整形，形成遥控指令脉冲，输出至遥控微处理器。

本实施例中温度传感器模块22采用芯片DS18820，其电路原理图如图11所示，温度传感器模块22的2引脚接单片机2的17引脚。DS18820可以直接读出数字的温度数值，温度传感器模块22的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增，在上电状态下默认的精度为12位，DS18B20启动后保持低功耗等待状态,当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出命令，转换完以后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。

本实施例中步进电机驱动模块8采用芯片ULN2003D，其电路原理图如图12所示，ULN2003D的1引脚、2引脚、3引脚、4引脚、5引脚分别与单片机2的1引脚、2引脚、3引脚、4引脚、6引脚连接。蜂鸣器模块5的BZ引脚与ULN2003D的12引脚连接。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。ULN2003D是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成,用于驱动蜂鸣器模块5。

本实施例中实验结果检测模块27采用型号为STM32F103RDT6的STM32系列单片机，用于检测实验结果是否正确；语音模块15采用芯片NVO80c,其电路原理图如图13所示,NVO80c的3引脚与实验结果检测模块27的36引脚连接。实验结果检测模块27与单片机2的单片机型号和单片机引脚序列相同，实验结果检测模块27的各引脚与单片机2的各引脚分别对应连接。通过单片机2下载程序，得出实验结果，实验结果检测模块27进行实验结果检测。当实验结果正确时，实验结果检测模块27输出信号，语音模块15控制扬声器16发出“实验成功”的语音。当实验结果错误时，实验结果检测模块27输出信号，语音模块15控制扬声器16发出“实验失败”的语音。

本实用新型C51系列单片机为核心进行操作，有16种单片机实验教学演示功能，有蓝牙模块14、WiFi模块12和物联网模块13实现不同的单片机教学开发板之间的信息互通。使用者通过单片机开发板可做16种不同的实验，然后再通过无线通信技术数据上传到服务器上。与此同时，本实用新型还具有自动检测实验结果的功能，使用者进行单片机开发板实验后，单片机教学开发板可自动的检测实验结果是否正确，并通过扬声器16进行语音播报。