教学用单片机开发电路板的制作方法

本实用新型属于教学用具领域，具体地讲是一种教学用单片机开发电路板。

背景技术：

单片机C语言程序设计是现大专院校与高等院校的电气专业的常规课，该教学课需要在相关的仿真软件上进行仿真实验之外，也需要针对实物模块进行编程训练，因此需要专用的单片机开发电路板以供教学使用。现市场供应有种类繁多的单片机应用开发板，但其大部分涉及到的功能较多、电路复杂，大部分与课堂教学内容贴合度低，不适于初学者学习使用和理解，其适合具有一定基础的电子爱好者使用。并且，大部分现有的单片机应用开发板中的各个功能模块之间的电路均导通，在使用者使用其中一个功能模块时，其余功能模块容易对该功能模块产生干扰与影响。另外有小部分的单片机应用开发板将各个功能模块断开并采用跳线连通模块，该类型的单片机应用开发板断开处较多，若均采用跳线连接并导通，会耗费较多时间，使用不方便。电路中过多干扰存在，也会增加能量损耗。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种功能精简、电路简单实用的教学用单片机开发电路板，其主要根据现有教材所需功能进行硬件设计，并将各个功能模块隔离分开，便于单功能使用。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种教学用单片机开发电路板，包括单片机主控模块和与单片机主控模块电连接的波形发生模块、LED发光模块、独立数码管显示及点阵模块、并联数码管显示模块、LCD显示模块、矩阵键盘模块、AD输入模块、串口接口模块、发声模块，并为波形发生模块、LED发光模块、独立数码管显示及点阵模块、并联数码管显示模块、LCD显示模块、串口接口模块、发生模块供电的电源模块；所述LED发光模块、独立数码管显示及点阵模块、发声模块各自均设有一三引脚排针，LED发光模块、独立数码管显示及点阵模块、发声模块的电源端连接至各自三引脚排针的中间引脚，三引脚排针的两侧引脚分别与电源模块电源端和接地端连接；所述并联数码管显示模块、LCD显示模块的电源端共同设有一三引脚排针，并联数码管显示模块的电源端、LCD显示模块的电源端分别与该三引脚排针两侧的两个引脚连接，该三引脚排针的中间引脚与电源模块电源端连接；所述单片机主控模块中的并行连接口连接有双排针。

进一步地，所述波形发生模块包括DA0832芯片，DA0832的片选端并联连接有两个用于控制波形发生模块运行和停止的二引脚排针，其中一双排针的两个引脚短路连接，另一二引脚排针的另一引脚连接至单片机主控模块的一个并行连接口。

进一步地，所述电源模块包括USB连接口和一用于外接电源使用的三引脚排针，USB连接口的电源端和接地端分别连至三引脚排针的两侧引脚，三引脚排针的中间引脚与接地端引脚短接。

进一步地，还设有秒表预置模块，秒表预置模块为双排直插拨码开关，双排直插拨码开关一端并联并接地，另一端与单片机的输入端电连接。

进一步地，所述独立数码管显示及点阵模块为8点*8点，点阵的两列输入分别连接至该模块中两个不同的独立数码管的输入端，即为并联。

进一步地，所述单片机型号为AT89C51。

本实用新型的有益效果如下：一、本实用新型主要设置有LED灯、数码管显示、LCD显示、矩阵键盘和点阵等器件，其完全贴合教学课本，减去了大部分初学者难以使用的器件，降低了制作成本和能量损耗，也便于初学者循序渐进地学习课程。

二、本实用新型将各个功能模块隔离，并根据模块设置相应的单排针、双排针或三排针等插接件以便通过短线帽插拔连接使对应的功能模块得以工作，大大提升了工作性能，并增加了本实用新型所提供的电路开发板的稳定性，降低了能量损耗，其操作、控制以及使用均十分方便。

附图说明

图1为本实用新型工作原理示意图。

图2为本实用新型单片机主控模块电路图。

图3为本实用新型单片机矩阵键盘电路图。

图4为本实用新型单片机AD输入模块电路图。

图5为本实用新型单片机独立按键电路图。

图6为本实用新型单片机秒表预置电路图。

图7为本实用新型单片机LED发光模块电路图。

图8为本实用新型单片机波形发生模块电路图。

图9为本实用新型单片机独立数码管显示及点阵模块电路图。

图10为本实用新型单片机LCD显示模块及并联数码管显示模块电路图。

图11为本实用新型单片机发声模块电路图。

图12为本实用新型单片机串口接口模块电路图。

图13为本实用新型单片机电源模块电路图。

图中所示：电源模块1、串口接口模块2、独立数码管显示及点阵模块3、LCD显示模块4、并联数码管显示模块5、LED发光模块6、发声模块7、单片机主控模块8、波形发生模块9、AD输入模块10、秒表预置模块11、独立按键模块12、矩阵键盘模块13。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括单片机主控模块8和与单片机主控模块8电连接的波形发生模块9、LED发光模块6、独立数码管显示及点阵模块3、并联数码管显示模块5、LCD显示模块4、矩阵键盘模块13、AD输入模块10、串口接口模块2、发声模块7、秒表预置模块11和独立按键模块12，并设有为上述模块供电的电源模块1。

如图2所示，本实施例中单片机主控模块8主要为单片机最小系统，单片机的四个I/O口P0~P3分别连接有用于上拉的排阻RP1、排阻RP2、排阻RP3、排阻RP4，并分别并联连接有每排具有八引脚的双排针J1、双排针J2、双排针J3、双排针J4用于扩展连接，以提高电路开发板的可连接性和可扩展度。

如图3所示，本实施例中所述矩阵键盘模块13为由四横、四竖共计16个按键KEY1~KEY16组成的常规矩阵键盘电路，该矩阵键盘的输出端连接至单片机的P3口。

如图4所示，AD输入模块10用于实现模数信号转换，由AD转换芯片U2、可调电阻RV1组成。AD转换芯片U2为UAD0831， UAD0831的连接电路为常规连接。

如图5所示，独立按键模块12包括四个按键，分别为按键k1、按键k2、按键k3、按键k4，按键k1、按键k2、按键k3、按键k4的一端接地，另一端分别各自串联电容C7、C8、C9、C10后接地，另一端还分别与P3口的P32、P33、P34、P35引脚并联连接，所述按键k4的另一端还并联连接有单引脚插座J5。

如图6所示，秒表预置模块11包括一个八位的直插式拨动开关DSW1，拨动开关DSW1的一端的八位引脚接地，另一端的八位引脚分别连接至P1口的P10~P17。

如图7所示，LED发光模块6包括具有8个LED的LED灯条L1，该灯条L1的负极一端串联排阻RN5后与P1口连接，排阻RN5与P1口P10、P11连接的两个引脚还分别并联连接有单引脚插座J23和单引脚插座J24用于扩展连接。该灯条L1的正极八个引脚短接并连接至三引脚排针J6的第三引脚上，与第三引脚相邻的第二引脚与电源模块1的高电平的电源端连接。

如图8所示，波形发生模块9包括用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换芯片U3以及由运算放大器UA、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22和运算放大器UB构成双极性电压输出电路。其中数模转换芯片U3采用UDA0832DA，其片选端CS连接有并排设置的双引脚排针J14和双引脚排针J15，双引脚排针J14的两个引脚短接，双引脚排针J15的另一引脚连至单片机P27，UDA0832DA数模转换芯片U3的其余引脚连接均为常规连接。在运算放大器UA的输出端、运算放大器UB的输出端以及电阻R23与电容C4之间的连接线路上分别引出有单引脚排针J7、单引脚排针J8、单引脚排针J9，单引脚排针J7、单引脚排针J8、单引脚排针J9分别输出反向电压波形、双极性电压波形、滤波后的双极性电压波形。单引脚排针J7、单引脚排针J8、单引脚排针J9便于学生在学习和实践过程中插接进行使用和波形观测。

如图9所示，独立数码管显示及点阵模块3包括三个独立数码管D1、独立数码管D2、独立数码管D3以及三个用于将串行信号转为并行信号的转换芯片U4、转换芯片U5、转换芯片U6，每个独立数码管与其对应的转换芯片之间的连接为常规连接。独立数码管D1、独立数码管D2、独立数码管D3为共阳极数码管，独立数码管D1、独立数码管D2、独立数码管D3的电源端并联并连接至三引脚排针J12的中间引脚，三引脚排针J12的两侧引脚分别接电源和地。转换芯片U4、转换芯片U5、转换芯片U6均为74HC595，转换芯片U4、转换芯片U5、转换芯片U6之间采用级联传输方式连接，转换芯片U4、转换芯片U5、转换芯片U6的输入端SH_cp并联后连接至三引脚排针J11的中间引脚连接，三引脚排针J11的两侧引脚分别与单片机的P31引脚连接和接地。转换芯片U4、转换芯片U5、转换芯片U6的的输入端ST_cp并联并与单片机的P37连接。其中转换芯片U4的输入端DS连接至三引脚排针J10的中间引脚，三引脚排针J10的两侧引脚分别与单片机的P30引脚连接和接地。本实施例中，还包括点阵DOT，点阵DOT的输入端连接至独立数码管D1、独立数码管D2的八位输入引脚，独立数码管D1、独立数码管D2、独立数码管D3的输入端与转换芯片U4、转换芯片U5、转换芯片U6之间分别串联有排阻RN2、排阻RN3、排阻RN4。

如图10所示，并联数码管显示模块5、LCD显示模块4的电源端共同设有三引脚排针J16，并联数码管显示模块5的电源端、LCD显示模块4的电源端分别与三引脚排针J16两侧的两个引脚连接，三引脚排五J16的中间引脚与电源模块1电源端连接。并联数码管显示模块5由排阻RN1、多位数码管DIS4以及驱动芯片U7组成.LCD显示模块4采用LCD1602字符型液晶LCD1用于显示，并设有多引脚排针J17用于扩展连接。

如图11所示，发声模块7由蜂鸣器LS1、驱动三极管Q1以及电阻R18组成，蜂鸣器LS1的连接电路为常规电路设计。发声模块7的电源端，电阻R18用于输入信号的一端连接至三引脚排针J25的中间引脚，三引脚排针J25的两侧引脚中一侧引脚与中间引脚短接，另一侧引脚连接至单片机P37引脚。

如图12所示，串口接口模块2包括三位拨动开关DSW3和串口接口SIN1，三位拨动开关DSW3的第三、第六引脚短接并连接至串口接口SIN1的第一引脚，三位拨动开关DSW3的第二、第五引脚短接并接高电平，串口接口SIN1的第三、第四引脚连接至单片机的P30、P31，串口接口SIN1的第五引脚接地。

如图13所示，电源模块1包括USB接口SIN2，USB接口SIN2的电源端和接地端分别连接至三引脚排针J20两侧的第一引脚和第三引脚，三引脚排针J20中间的第二引脚与第三引脚短接并与外接电源接地端连接，三引脚排针J20的第一引脚外接电源高电平端连接。外接电源的接地端和高点平端分别连接有四引脚排针J18和四引脚排针J19，四引脚排针J18的四个引脚短接，四引脚排针J19的四个引脚短接。