具有电路自主设计和电路拓展功能的插针式单片机开发板的制作方法

本实用新型涉及到一种单片机实验开发板，具体是一种具有电路自主设计和电路拓展功能的插针式单片机开发板。

背景技术：

单片机又称单片微控制器,作为一个微型的计算机，单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。51单片机(即兼容Intel 8031指令系统的单片机)作为一个基础的单片机，是电子相关专业同学的入门之选，其学习起来比较困难，会有大批的人购买开发板来加强对单片机的学习，但是市面上现存的开发板多少都会延长了初学者的的学习过程，且学习后不能真正了解单片机的使用，其一、市面上现存的单片机开发板都是以固定的电路连接形式出现在学习者的面前，并且开发板的电路透明度不高，使用过程中硬件只需要很少甚至不需要连接就可以编程，例如企业导报2015年第3期《教学单片机实验开发板系统设计》的作者马胜爱公开一种开发板，该开发板电路已经由设计者连接好，电路透明度不够，在教学中使用不够全面，忽略了学习者对于单片机的系统设计过程和电路设计的硬件部分；其二、现在购买的开发板几乎是不可维护的，出了故障只能舍弃开发板上的部分功能或者找专门的开发板售后进行维修甚至更换，市面上现有的教学用开发板均存在不可维修的问题；其三、现存单片机的模块都不完善，不能跟课堂或者书籍上学习的单片机进行对应比较学习，而且通信方式较少不利于和外部设备的连接和扩展使用；其四、市面上的开发板上承载模块较少不能实现自主增减模块，实现功能较少，使学习单片机有一定的局限性。例如信息通信2015年第8期(总第152期)《单片机开发板的设计与制作》的作者季小榜等人公开的开发板，模块较少，不能实现自主增减模块，实现功能较少。因此提供一种功能模块齐全并嵌入面包板可实现增加其他模块的单片机开发板，成为现有技术中亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型要解决的问题是，提供一种具有电路自主设计功能且可拓展面包板的插针式单片机开发板，该开发板的主要芯片及各模块用到的主要部件的功能引脚通过插装方式插接在插针座上，并通过插针座固定在底板上，各功能引脚通过插针座引出，可以根据设计需要将各个模块和单片机最小系统结合起来共同组建需要的电路，不再局限开发板固定的硬件连接方式和依赖软件来设计实现功能的弊端。本实用新型开发板除可以提供丰富的电路连接方式之外还有多种下载方式和通信方式，基于51的USB和ASP下载方式，还有基于485协议和RS232串口的系统外部扩展和通信方式，保证了系统的可外部扩展性，内嵌面包板实现使用者自主设计，更便于初学者使用，采用全插针方式更便于二次设计开发，能随时更换单片机，更加有利于单片机的实训学习。

本实用新型提供了一种具有电路自主设计和电路拓展功能的插针式单片机开发板，包括安装在底板上的最小系统、板载功能组件和通讯组件，其特征在于该开发板还包括拓展组件，所述板载功能组件的功能模块包括温度传感器、串转并模块、并转串模块、595锁存器、一位共阳极数码管、四位数码管、独立键盘、晶体管阵列、发光二极管组、RGB LED、上拉排阻、4转16译码器、数据存储器扩展、时钟模块、保护电路、下载电路、573锁存器、373锁存器、I/O扩展芯片、达林顿晶体管阵列、LED点阵、程序存储器扩展、电源输出口、液晶显示屏、D/A转换芯片、A/D转换芯片、转接插针、138译码器、可调电阻、蜂鸣器、电阻、4路光电耦合器、运算放大器、或门芯片、分频器芯片、键盘和继电器；所述的通讯组件包括485通信模块和串口模块，拓展组件为面包板；所述发光二极管组、RGB LED、转接插针、电阻、可调电阻、电源输出口直接焊接在底板上，其余的板载功能组件和所述的通讯组件的各模块的功能引脚均通过相应的插针座焊接在底板上；所述最小系统为单片机最小系统。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1、入门简单。本实用新型单片机开发板实训性强，采用教学常用的51单片机作为核心芯片，并且其他功能模块芯片全部采用教材常用芯片，让使用者结合教材的理论使用，可以更快的理解单片机的构造及使用。

2、实践性强大。为保证单片机开发板的可使用性，单片机最小系统的相关硬件电路作为一个整体插接在底板上，已完成内部接线，板载功能组件和通讯组件均采用芯片的引脚用插针引出的方式，并且插针旁标注上引脚的功能，可以对系统软硬件设计有一个系统的学习，同时底板上集成嵌入面包板(拓展组件)可根据使用者意图拓展电路，方便学生自主设计硬件电路。

3、功能全面。本实用新型单片机开发板上除了开发板上已经有的二极管、按键、数码管、存储扩展等板载功能组件外，还可以通过面包板自行扩展超声波模块、舵机、直流电机、交流电机、实时时钟等，以满足多种实验的需求，应用更加广泛。

4、具有可维护性。由于本实用新型开发板的主要芯片及各模块用到的主要部件通过插装的方式插在插针座上，再由插针座焊接在开发板上，当某一个芯片或模块出现故障时，直接拔下相应的芯片或模块，将新的芯片或模块直接插在相应的插针座上即可，更加便于各个功能模块的替换，具有很高的可维护性，显著降低了维护成本。

附图说明

图1为本实用新型一种具有电路自主设计和电路拓展功能的插针式单片机开发板的结构框图；

图2为本实用新型一种具有电路自主设计和电路拓展功能的插针式单片机开发板一种实施例的最小系统18的结构示意图。

图3为本实用新型一种具有电路自主设计和电路拓展功能的插针式单片机开发板一种实施例的串转并模块2的结构示意图。

具体实施方式

以下将对本实用新型例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供的一种具有电路自主设计和电路拓展功能的插针式单片机开发板(以下简称开发板，参见图1-2)包括安装在底板上的最小系统18、板载功能组件、通讯组件和拓展组件，所述板载功能组件的功能模块包括温度传感器1、串转并模块2、并转串模块3、595锁存器5、一位共阳极数码管6、四位数码管7、独立键盘8、晶体管阵列9、发光二极管组10、RGB LED 11、上拉排阻12、4转16译码器13、数据存储器扩展14、时钟模块15、保护电路16、下载电路17、573锁存器19、373锁存器20、I/O扩展芯片21、达林顿晶体管阵列22、LED点阵23、程序存储器扩展24、电源输出口25、液晶显示屏26、D/A转换芯片27、A/D转换芯片28、转接插针29、138译码器30、可调电阻31、蜂鸣器32、电阻33、4路光电耦合器35、运算放大器36、或门芯片37、分频器芯片38、键盘39和继电器40；所述的通讯组件包括485通信模块4和串口模块34，拓展组件为面包板41；所述发光二极管组10、RGB LED 11、转接插针29、电阻33、可调电阻31、电源输出口25直接焊接在底板上，其余的板载功能组件和所述的通讯组件的各模块的功能引脚均通过相应的插针座焊接在底板上；所述最小系统为单片机最小系统，即能使单片机正常工作的最小硬件单元电路。

所述最小系统18(参见图2)包括51单片机180和分别与51单片机连接的USB下载口181、ASP下载口182、复位电路183、晶振底座184、电源地插针185和单片机接口插针186；所述USB下载口为对整个开发板的供电接口，电源地插针用于为板载功能组件和通讯组件中的模块供电，单片机接口插针186与51单片机的P0、P1、P2、P3接口连接，用于单片机的输入和输出。所述51单片机选自STC或Atmel公司生产的40脚DIP封装的51单片机。

所述温度传感器1包括AD590型温度传感器和DS18B20型温度传感器，AD590型温度传感器测量精度高，用于工业应用；DS18B20型温度传感器温度范围大，用于常规测量。

串转并模块2可以实现一位的输入八位的输出。

并转串模块3可以实现八位的输入和一位的输出。

485通信模块4可以通过485总线的方式进行通信和外扩扩展。

595锁存器5包括两个74HC595型芯片，每个74HC595型芯片可以实现七位数据的输入和锁存，例如用于数码管的数据驱动显示。

一位共阳极数码管6可以用于显示一位数据。

四位数码管7包括共阴极四位数码管和共阳极四位数码管，都可以用作四位数据的显示。

独立键盘8包括8个独立按键，可以用于相应的控制实验。

晶体管阵列9包括4个ULN2803型芯片，所述ULN2803型芯片为八位驱动器。

发光二极管组10由8个加装了限流电阻的发光二极管组成，每个发光二极管均标注了阳极和阴极。

RGB LED11由2个贴片式红绿蓝三色可调二极管组成。

上拉排阻12采用了8个电阻组成的1K排阻，其中公共引脚已经连接到电源输出口25的电源线上，用于控制系统设计使用时，可以作为某个并行口的上拉使用。

4转16译码器13用于把四位数据转换成16位输出。

数据存储器扩展14包括两个Intel6264芯片，当单片机内部数据存储器容量不够时，可以用于外部单个扩展，也可以用于级联扩展。

时钟模块15包括一块外部电池、一个DS1302芯片、一个晶振和两个电容，可以用于显示时间的相应实验。

保护电路16包括一个熔断器，可以在电流过大或短路时对开发板起保护作用。

下载电路17包括两部分，其一是USB下载部分，包括一个CH340芯片及外围电路；其二是ASP下载部分，包括一个Atmel下载器。

573锁存器19包括两个74HC573型芯片，用于八位的数据锁存。

373锁存器20为八位的数据锁存器，例如可以用来给D/A转换芯片提供地址和数据锁存。

I/O扩展芯片21采用8255芯片，可以把单片机上的一个八位数据口扩展成三个八位数据口。

达林顿晶体管阵列22采用两个ULN2003型芯片，所述ULN2003芯片为七位数据的驱动器。

LED点阵23采用8×8的LED点阵。

程序存储器扩展24采用两个2764芯片，当单片机内部程序存储器内存不足时，通过扩展一个或者两个2764芯片用于程序存储。

电源输出口25包括两排插针可以外接电源，为开发板上模块提供电源。

液晶显示屏26采用12864液晶显示屏，且屏幕下方安装有两个排母，用来保护液晶显示屏。

D/A转换芯片27为DAC0832型芯片。

A/D转换芯片28采用ADC0809转换芯片，可以实现八位数据的输出。

138译码器30采用74HC138型芯片，可以实现三线到八线的数据转换，例如在LED点阵23上的点亮可以通过138译码器完成。

可调电阻31可以实现1-4V电压的输出，例如可以用于A/D模块的模拟输入使用。

蜂鸣器32的两端均用插针引出，并标注清楚蜂鸣器的正负。

电阻33包括三个固定电阻。

串口模块34由分别接一个公头和一个母头的MAX232芯片组成，且公头和母头的控制端均用插针引出，可以根据系统需要进行端口选择使用。

4路光电耦合器35采用TLP521-4芯片，可以提高信号的稳定性，增强电路的稳定性。

运算放大器36采用LM324型四路运算放大器芯片，结合光电耦合器使用，可以用来检测微弱信号。

或门芯片37采用的是74HC02型芯片，可以实现4个逻辑或的关系。

分频器芯片38采用的74HC4040型芯片，可以实现从2到512多级分频。

键盘39采用4×4的键盘，例如可以根据硬件电路连接做矩阵键盘使用，也可以单独接出一个按键做独立键盘使用。

继电器40采用两路继电器，且继电器的输出端用接线端子连接。

面包板41用于本实用新型开发板拓展其他功能。

串转并模块2(参见图3)包括74LS164芯片底座201、左插针200和右插针202。其中74LS164芯片底座201用于安装74LS164芯片，方便安装和后期维护，左插针200分别连接74LS164芯片的DSA、DSB、Q0～Q3、GND引脚，右插针分别连接74LS164芯片的VCC、Q4～Q7、MR、CP引脚，且在左、右插针旁均标注所连接引脚的引脚定义。

在本实用新型开发板的设计中其余部分的模块中均在插针旁标注相应引脚的引脚定义。

本实用新型开发板应用于本科或职业学校教学中，相对于市面上出售的实验开发板模块全面，模块之间相互独立，在使用时需要学生自主连线，且增加拓展组件面包板，在特定实验时可以扩展组件，学生在学习时不但需要编程并且需要完善元器件的连接，这样增加了学习的全面性，使学习者对单片机的学习更加深入。此开发板便于维护，当因使用不当出现元器件的损坏时，可以将元器件拆除安装新的元器件，整个开发板能继续使用。

本实用新型未述及之处适用于现有技术，所涉及的元器件均可通过商购获得。