一种接线式全系列STC单片机开发板的制作方法

本发明涉及电子产品领域，尤其是一种接线式全系列STC单片机开发板。

背景技术：

随着单片机技术的不断发展及普及，单片机开发板在教学领域的应用已经非常广泛，STC单片机在现代电子产品应用中也占据着重要位置。凡是电子类的学生都会学习单片机，而选取STC单片机作为入门的单片机来学习的人又占了绝大部分。从引脚兼容性的角度来说，STC系列单片机可分为2大类：STC15系列单片机与非STC15系列（包括STC89/90、STC11/12系列等）单片机。STC15系列单片机与非STC15系列单片机在功能引脚的排列位置方面差异较大。与非STC15系列相比，STC15系列单片机还内置了内部时钟与内部复位电路，在应用时其可以外接时钟电路与复位电路，正在逐步取代非STC15系列单片机成为主流。然而，无论是在学习市场，还是在应用市场，STC单片机都处于由非STC15系列转STC15系列过程中，在很长时间内维持二者并存的情况。现在市面上的STC单片机开发板的兼容性比较差，只能针对非STC15系列单片机或STC15系列单片机来进行学习。若要同时学习非STC15系列单片机和STC15系列单片机，则需要至少配置两块不同STC系列的开发板，给学习者在学习、应用等方面带来了不便。此外，现有STC单片机开发板大多的电路连接已经固定，硬件只需要很少连接，甚至不需要连接，就能直接进行编程设计，使得初学者只能学习相应的编程技术，这就把单片机以硬件为主，软硬结合的学习变相地转化成了纯软件的学习，不够灵活和全面。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种兼容性强、方便、灵活和全面的，接线式全系列STC单片机开发板。

本发明所采取的技术方案是：

一种接线式全系列STC单片机开发板，包括单片机最小系统和外围功能模块，所述外围功能模块通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统，所述单片机最小系统包括STC15系列单片机、非STC15系列单片机和单片机选择电路，所述单片机选择电路的输出端分别通过接线可分离地接合并电连接至STC15系列单片机的输入端和非STC15系列单片机的输入端，所述单片机选择电路通过短路帽进行跳线选择。

进一步，所述单片机最小系统还包括拉杆活动插座、第一晶振、复位电路和电源，所述STC15系列单片机或非STC15系列单片机插接在拉杆活动插座上，所述晶振、复位电路和电源均通过接线可分离地接合并电连接至拉杆活动插座。

进一步，所述单片机选择电路设有若干个插针，若所有插针的1脚与2脚通过短路帽短接，则拉杆活动插座与STC15系列单片机电连接，若所有插针的2脚与3脚通过短路帽短接，则拉杆活动插座与非STC15系列单片机电连接。

进一步，所述外围功能模块包括数码LED显示单元，所述数码LED显示单元包括数码LED管和2个拨码开关，所述2个拨码开关的一端分别与数码LED管的段控制端和位控制端连接，所述2个拨码开关的另一端均通过接线可分离地接合并电连接至STC15系列单片机的I/O口或非STC15系列单片机的I/O口。

进一步，所述外围功能模块包括拉杆式IC插座单元，所述拉杆式IC插座单元包括拉杆式40脚双列IC插座和2个20脚插针，所述拉杆式40脚双列IC插座分别与2个20脚插针连接，所述2个20脚插针还通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

进一步，所述外围功能模块包括电路模块扩展插槽，所述电路模块扩展插槽包括电路模块插座和连接插针，所述电路模块插座与连接插针连接，所述连接插针还通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

进一步，所述外围功能模块包括按键电路、脉冲电路、LED灯单元、数模转换电路、模数转换电路、时钟电路、I2C串行总线单元、存储器、温度传感单元、放大器、红外收发单元、热敏传感单元、光敏传感单元、低通滤波电路、D触发器、蜂鸣器单元、程序下载电路、接线中继单元、继电器单元、开关信号单元、ULN2803单元和可调电阻单元，所述按键电路、脉冲电路、LED灯单元、数模转换电路、模数转换电路、时钟电路、I2C串行总线单元、存储器、温度传感单元、放大器、红外收发单元、热敏传感单元、光敏传感单元、低通滤波电路、D触发器、蜂鸣器单元、程序下载电路、接线中继单元、继电器单元、开关信号单元、ULN2803单元和可调电阻单元均通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

进一步，所述程序下载电路包括CH340G芯片、第二晶振、发光二极管和第一正电源，所述第二晶振、发光二极管和第一正电源均与CH340G芯片连接，所述CH340G芯片还通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

进一步，所述蜂鸣器单元包括第二正电源、第一电阻、PNP晶体管和蜂鸣器，所述第一电阻的一端通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统，所述第一电阻的另一端与PNP晶体管的基极连接，所述第二正电源与PNP晶体管的发射极连接，所述PNP晶体管的集电极与蜂鸣器的一端连接，所述蜂鸣器的另一端接地。

进一步，所述脉冲电路采用74HC00芯片，所述数模转换电路采用TLC549芯片，所述时钟电路采用PCF8563芯片，所述存储器采用AT24C02芯片，所述温度传感单元采用DS18B20温度传感器，所述放大器采用LM324芯片，所述低通滤波电路采用RC滤波器，所述D触发器采用CD4013芯片。

本发明的有益效果是：包括单片机最小系统和外围功能模块，单片机最小系统包括STC15系列单片机、非STC15系列单片机和单片机选择电路，增设了单片机选择电路，单片机选择电路通过短路帽进行跳线选择，通过短路帽跳线的方式来选取STC15系列单片机或非STC15系列单片来使用，能同时满足STC15系列单片机和非STC15系列单片的学习要求，兼容性强且更加方便；外围功能模块通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统，单片机选择电路的输出端分别通过接线可分离地接合并电连接至STC15系列单片机的输入端和非STC15系列单片机的输入端，采用了开放式结构，没有在开发板上设置预先连接线路，学习的过程中需要学习者动手接线来连接相应的电路，使学习者在学习的过程中能更深入学习到硬件电路知识，更加灵活和全面。进一步，外围功能模块包括数码LED显示单元，数码LED显示单元包括数码LED管和2个拨码开关，既可通过拨码开关将数码LED显示单元的段控制、位控制端与单片机的I/O口固定地连接在一起，又可以通过拨码开关将数码LED显示单元连接的I/O口释放出来，更加灵活和方便。进一步，外围功能模块包括拉杆式IC插座单元，拉杆式IC插座单元包括拉杆式40脚双列IC插座和2个20脚插针，能通过拉杆式40脚双列IC插座灵活扩展不同应用的功能芯片，更加灵活和方便。进一步，外围功能模块包括电路模块扩展插槽，电路模块扩展插槽包括电路模块插座和连接插针以及设置电路模块扩展插槽，能通过电路模块扩展插槽灵活扩展不同应用的电路模块，更加灵活和方便。

附图说明

图1为本发明一种接线式全系列STC单片机开发板的整体结构框图；

图2为本发明单片机最小系统的电路原理图；

图3为本发明数码LED显示单元的电路原理图；

图4为本发明拉杆式IC插座单元的电路原理图；

图5为本发明电路模块扩展插槽的电路原理图；

图6为本发明STC单片机开发板的功能模块框图；

图7为本发明程序下载电路的电路原理图；

图8为本发明蜂鸣器单元的电路原理图；

图9为本发明按键单元的电路原理图；

图10为本发明LED灯单元的电路原理图；

图11为本发明开关信号单元的电路原理图；

图12为本发明低通滤波电路的电路原理图；

图13为本发明脉冲电路的电路原理图；

图14为本发明ULN2803单元的电路原理图；

图15为本发明时钟电路的电路原理图；

图16为本发明模数转换电路的电路原理图；

图17为本发明D触发器的电路原理图；

图18为本发明放大器的电路原理图

图19为本发明红外收发单元的电路原理图；

图20为本发明存储器的电路原理图；

图21为本发明温度传感单元的电路原理图；

图22为本发明继电器单元的电路原理图；

图23为本发明光敏传感单元的电路原理图；

图24为本发明热敏传感单元的电路原理图；

图25为本发明可调电阻单元的电路原理图；

图26为本发明接线中继单元的电路原理图。

具体实施方式

参照图1，一种接线式全系列STC单片机开发板，包括单片机最小系统和外围功能模块，所述外围功能模块通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统，所述单片机最小系统包括STC15系列单片机、非STC15系列单片机和单片机选择电路，所述单片机选择电路的输出端分别通过接线可分离地接合并电连接至STC15系列单片机的输入端和非STC15系列单片机的输入端，所述单片机选择电路通过短路帽进行跳线选择。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述单片机最小系统还包括拉杆活动插座U10、第一晶振Y1、复位电路和电源VCC，所述STC15系列单片机或非STC15系列单片机插接在拉杆活动插座U10上，所述晶振Y1、复位电路和电源VCC均通过接线可分离地接合并电连接至拉杆活动插座U10。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述单片机选择电路设有若干个插针J15、J16、J17、J18、J19和J20，若所有插针J15、J16、J17、J18、J19和J20的1脚与2脚通过短路帽短接，则拉杆活动插座U10与STC15系列单片机电连接，若所有插针J15、J16、J17、J18、J19和J20的2脚与3脚通过短路帽短接，则拉杆活动插座U10与非STC15系列单片机电连接。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述外围功能模块包括数码LED显示单元，所述数码LED显示单元包括数码LED管和2个拨码开关JP2、JP3，所述2个拨码开关JP2、JP3的一端分别与数码LED管的段控制端和位控制端连接，所述2个拨码开关JP2、JP3的另一端均通过接线可分离地接合并电连接至STC15系列单片机的I/O口或非STC15系列单片机的I/O口。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述外围功能模块包括拉杆式IC插座单元，所述拉杆式IC插座单元包括拉杆式40脚双列IC插座U11和2个20脚插针J54、J55，所述拉杆式40脚双列IC插座U11分别与2个20脚插针J54、J55连接，所述2个20脚插针J54、J55还通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

参照图5，进一步作为优选的实施方式，所述外围功能模块包括电路模块扩展插槽，所述电路模块扩展插槽包括电路模块插座J38、J40和连接插针J37、J39，所述电路模块插座J38、J40与连接插针连接，所述连接插针J37、J39还通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

参照图6，进一步作为优选的实施方式，所述外围功能模块包括按键电路、脉冲电路、LED灯单元、数模转换电路、模数转换电路、时钟电路、I2C串行总线单元、存储器、温度传感单元、放大器、红外收发单元、热敏传感单元、光敏传感单元、低通滤波电路、D触发器、蜂鸣器单元、程序下载电路、接线中继单元、继电器单元、开关信号单元、ULN2803单元和可调电阻单元，所述按键电路、脉冲电路、LED灯单元、数模转换电路、模数转换电路、时钟电路、I2C串行总线单元、存储器、温度传感单元、放大器、红外收发单元、热敏传感单元、光敏传感单元、低通滤波电路、D触发器、蜂鸣器单元、程序下载电路、接线中继单元、继电器单元、开关信号单元、ULN2803单元和可调电阻单元均通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

参照图7，进一步作为优选的实施方式，所述程序下载电路包括CH340G芯片UB1、第二晶振Y3、发光二极管D1和第一正电源VCC1，所述第二晶振Y3、发光二极管D1和第一正电源VCC1均与CH340G芯片UB1连接，所述CH340G芯片UB1还通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统。

参照图8，进一步作为优选的实施方式，所述蜂鸣器单元包括第二正电源VCC2、第一电阻R1、PNP晶体管Q1和蜂鸣器BELL，所述第一电阻R1的一端通过接线可分离地接合并电连接至单片机最小系统，所述第一电阻R1的另一端与PNP晶体管Q1的基极连接，所述第二正电源VCC2与PNP晶体管Q1的发射极连接，所述PNP晶体管Q1的集电极与蜂鸣器BELL的一端连接，所述蜂鸣器BELL的另一端接地。

进一步作为优选的实施方式，所述脉冲电路采用74HC00芯片，所述数模转换电路采用TLC549芯片，所述时钟电路采用PCF8563芯片，所述存储器采用AT24C02芯片，所述温度传感单元采用DS18B20温度传感器，所述放大器采用LM324芯片，所述低通滤波电路采用RC滤波器，所述D触发器采用CD4013芯片。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。

实施例一

针对现有技术兼容性差、不方便、不灵活和不够全面的问题，本发明提出了一种新的接线式全系列STC单片机开发板，为学习者提供一个能满足STC全系列单片机学习的要求，可灵活地配置不同的硬件模块来满足不同应用的硬件开发要求，以及满足单片机应用系统的硬件设计与软件设计同步学习的平台。该开发板的具体模块组成如图6所示，其各模块是互相独立设计的，也就是说该开发板上是没有预先连接线路的，学习的过程中需要学习者动手通过接线的方式来连接相应的电路，从而在学习的过程中能更深入学习到硬件电路知识。该开发板主要由单片机最小系统和外围功能模块组成，而外围功能模块又可进一步细分为数码LED显示单元、拉杆式IC插座单元、电路模块扩展插槽、按键电路、脉冲电路、LED灯单元、数模转换电路、模数转换电路、时钟电路、I2C串行总线单元、存储器、温度传感单元、放大器、红外收发单元、热敏传感单元、光敏传感单元、低通滤波电路、D触发器、蜂鸣器单元、程序下载电路、接线中继单元、继电器单元、开关信号单元、ULN2803单元和可调电阻单元等。下面对开发板的主要模块进行详细说明：

（一）单片机最小系统

单片机最小系统为开发板核心部分，如图2所示，主要包括STC15系列单片机、非STC15系列单片机、单片机选择电路、拉杆活动插座U10、第一晶振Y1、复位电路和电源VCC。当J15、J16、J17、J18、J19、J20插针的1脚与2脚通过短路帽短接时，U10可配置小于等于40脚PDIP封装的STC15系列单片机；当J15、J16、J17、J18、J19、J20插针的2脚与3脚通过短路帽短接时，U10可配置40脚PDIP封装的非STC15系列单片机（如传统常用STC89C52RC单片机等）。故通过短路帽使得单片机选择电路进行跳线选择，开发板能同时满足STC15系列单片机与非STC15系列单片机的学习与应用系统的开发要求。

（二）数码LED显示单元

考虑到数码LED显示是单片机应用系统中最为广泛而重要的显示装置，而且连线较多，本发明采用了半定制连接方式的数码LED显示单元。如图3所示，数码LED显示单元，包括数码LED管和2个拨码开关JP2、JP3。以8位数码LED管为例，8位数码LED管的段控制端、位控制端通过两个8位的拨码开关与单片机的I/O口连在一起，当这两个拨码开关拨到“ON”位置时，数码LED显示单元的段控制端、位控制端固定地与单片机的I/O口连在一起，减少了构建硬件系统的连线；当两个拨码开关拨到“OFF”位置时，数码LED显示单元的段控制端、位控制端与单片机的I/O口断开，将与数码LED显示单元连接的单片机I/O端口释放出来，可用作它用，实现了单片机I/O端口的全开放。

（三）拉杆式IC插座单元

如图4所示，开发板拉杆式IC插座单元包拉杆式40脚双列IC插座U11和2个20脚插针J54、J55，U11的40个引脚对应J54、J55插针连接在一起。应用时，可将外接功能芯片插在U11上，以灵活扩展不同应用的功能芯片，满足不同单片机应用对芯片以及其他电子元器件的设计要求，极大地拓宽了开发板的学习与应用范畴。

（四）电路模块扩展插槽

如图5所示，电路模块扩展插槽包括电路模块插座J38、J40和连接插针J37、J39。其中，J37、J38为一对，J38为插座，J37为与J38对应的连接插针；而J39、J40也为一对，J40为插座，J39为与J40对应的连接插针。当需要外接扩展电路模块时，可将外接扩展电路通过插针与J38、J40相接，再通过J37、J39与单片机应用系统电路相接，以构成相对较复杂的电子系统。例如，市场上的1602字符型LCD模块或12864图形LCD模块，就可将LCD模块安插在J38插座上，再通过J37与单片机应用系统相连，以实现LCD的显示。本发明通过电路模块扩展插槽与外接电路模块的相接，在拉杆式IC插座单元的基础上又增强了开发板的拓展能力，理论上该开发板可实现任意单片机应用系统的硬件系统。

（五）其它外围功能模块

本发明的开发板采用了开放式结构，在有限的开发板尺寸范围内，比市面上大单片机开发板集成了更多常用的和典型的功能电路模块，包括按键电路、脉冲电路、LED灯单元、数模转换电路、模数转换电路、时钟电路、I2C串行总线单元、存储器、温度传感单元、放大器、红外收发单元、热敏传感单元、光敏传感单元、低通滤波电路、D触发器、蜂鸣器单元、程序下载电路、接线中继单元、继电器单元、开关信号单元、ULN2803单元和可调电阻单元等，使得学习者除了学到单片机的知识外还能学到相应的数字电路和模拟电路的知识，更加全面和方便。

其中，程序下载电路包括CH340G芯片UB1、第二晶振Y3、发光二极管D1和第一正电源VCC1，其结构如图7所示，主要用来下载程序。

蜂鸣器单元包括第二正电源VCC2、第一电阻R1、PNP晶体管Q1和蜂鸣器BELL，其结构如图8所示，主要用来进行声音告警。

按键电路的结构如图9所示，主要用来进行按键输入。

LED灯单元的结构如图10所示，可由多盏LED灯组成，用于进行独立照明。

开关信号单元的结构如图11所示，主要用来产生开关控制信号。

低通滤波器的结构如图12所示，主要用来进行低通滤波。

脉冲电路的结构如图13所示，由74HC00芯片U9及其外围电路组成，用于提供单次脉冲信号。

ULN2803单元的结构如图14所示，由ULN2803芯片U8及其外围电路组成。ULN2803芯片的8个NPN达林顿连接晶体管，是低逻辑接口电平数字电路（例如TTL，CMOS或PMOS上/ NMOS）和大电流高电压的灯、电磁阀、继电器单元、打印锤或其他类似负载间的接口的理想器件，被广泛应用于计算机、工业和消费类产品中。

时钟电路的结构如图15所示，由PCF8563芯片U1和外围电路组成，用于提供时钟信号。

模数转换电路的结构如图16所示，由TLC549芯片U4和外围电路组成，用于进行模数转换。数模转换电路的结构与模数转换电路的结构类似，用于进行数模转换。

D触发器的结构如图17所示，由CD4013芯片U5和外围电路组成，用于进行分频。

放大器的结构如图18所示，由LM324芯片U6和外围电路组成，用于进行放大。

红外收发单元的结构如图19所示，由PNP晶体管Q3、电阻、发射器和接收器等组成，用于进行红外检测。

存储器的结构如图20所示，由AT24C02芯片U2和外围电路组成，用于进行数据存储。

温度传感单元的结构如图21所示，由DS18B20芯片J57和外围电路组成，用于进行温度检测。

继电器单元单元的结构如图22所示，由PNP晶体管Q2、电阻和继电器等组成，用于进行继电控制。

光敏传感单元的结构如图23所示，由光敏传感器GM和外围电路组成，用于进行光信号强度检测。

热敏传感单元的结构如图24所示，由热敏传感器RM和外围电路组成，用于进行温度检测。

可调电阻单元的结构如图25所示，用于提供不同的电阻阻值。

接线中继单元的结构如图26所示，用于进行中继接线。

与现有技术相比，本发明的开发板具有以下优点：

（1）能兼顾STC全系列单片机的学习，同时满足了传统STC15系列单片机与非STC15系列单片机的教学要求；

（2）采用了全开放式结构，无预先连接线路，不会受到单片机I/O口数量的限制，能集成更多的外围接口电路模块，能适应不同8051单片机教材的实验要求，并实现了单片机应用系统硬件设计与软件设计的同步学习，更加全面和方便；

（3）实现了半定制的数码LED显示：当使用数码LED显示单元时，可通过拨码开关将数码LED显示管与单片机固定地连在一起，不用时，又可将数码LED显示管占用的I/O口释放出来，以实现单片机I/O口的全开放，更加方便和灵活；

（4）增设了拉杆式IC插座单元以及电路扩展插槽，可灵活扩展不同应用的功能芯片以及电路模块，满足了不同单片机应用对芯片以及其它电子元器件、电路模块的设计要求，极大地拓宽了开发板的学习与应用范畴。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。