一种智能控制的单片机学习板的制作方法

本实用新型涉及实验教学仪器设备领域，尤其涉及一种智能控制的单片机学习板。

背景技术：

随着电子技术的迅速发展，单片机广泛应用于各种智能系统和电子教学实验中，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能，而单片机学习板是电子教学实验的重要工具，单片机的学习与开发成为众多高校电子类专业的必修课程，因此在学习过程中，应尽可能地通过各种单片机的操作实验来充分了解掌握和巩固单片机的性能，这对今后相关领域的学习和工作尤为重要。

然而，现有的单片机学习板有几大类，一种是单纯学习单片机技术的，这种学习板所能学习的技术都是相对落后的，只涉及到一些基础功能模块，使用者不能很好的将该技术应用到日后的工作岗位，再者，这类学习板比较枯燥，因为这种学习板没有和现实生活中的应用结合在一起，所以使用者学习起来会感觉没有乐趣；另一种是单纯学习智能控制技术的，这种学习板采用的控制器比较复杂，它采用的往往是32位的控制器，这种控制器的编程代码都是比较复杂的，导致很多使用者连入门都很难，就算入门了也很难深入学习，而且这种学习板的价格都不菲，很多使用者都是有心无力去购买。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种含WIFI通信模块，通过WIFI通信模块接受手机APP发送的数据，进而控制强电通断的一种智能控制的单片机学习板。这种智能控制的单片机学习板功能丰富、模块独立、拓展性能好。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型一种智能控制的单片机学习板，包括模块基板，所述模块基板固定有MCU模块以及与 MCU连接的各个功能模块，所述功能模块包括有流水灯模块、蜂鸣器模块、独立按键模块、数码管显示模块、电源接口模块、程序烧写模块、继电器控制模块、 WIFI模块和预留端口模块。

为了进一步实现本实用新型，所述MCU模块包括单片机芯片和外围电路，所述单片机芯片采用STC89C52RC芯片，所述外围电路包括振荡电路和复位电路，所述振荡电路与单片机芯片的XTAL1脚和XTAL2脚电连接；所述复位电路与单片机芯片的RST脚电连接。

为了进一步实现本实用新型，所述流水灯模块采用多路高电平驱动的LED灯电路，所述LED灯电路的输入端连接有一排阻做为上拉电阻，再与单片机芯片的 P1.0-P1.7的8位准双向I/O口电连接。

为了进一步实现本实用新型，所述蜂鸣器模块采用PNP三极管驱动无源蜂鸣器，所述PNP三极管与单片机芯片的P0.5端口电连接；所述继电器控制模块采用两路PNP三极管驱动5V小型继电器，连接到单片机芯片上的P0.4端口上；所述按键模块连接到单片机芯片的P3.0-3.3端口上。

为了进一步实现本实用新型，所述数码管显示模块采用4位8段共阴数码管 3461AS驱动，所述4位8段共阴数码管3461AS共12个引脚，所述数码管的八个段码a、b、c、d、e、f、g、DP对应着的八个引脚串联一限流排阻，再对应连接到单片机芯片上的P2.0-P2.7端口上；所述数码管的四个位对应着的四个引脚连接到单片机芯片上的P0.0-P0.3端口上。

为了进一步实现本实用新型，所述程序烧写模块包括有USB母座，程序烧写芯片UB1，极性电容，双刀双掷开关，晶振Y3，发光二极管LED0，二极管VD1、电阻R1、R2，电容C3、C4、C5，所述晶振Y3的一端、电容C4的一端与程序烧写芯片UB1的XI端电连接，所述晶振Y3的另一端、电容C5的一端与程序烧写芯片UB1的XO端电连接，所述电容C3的一端与程序烧写芯片UB1的V3端电连接；所述USB母座的Data-端和Data+端分别与程序烧写芯片UB1的UD- 端和UD+端电连接；所述USB母座的VCC端与所述极性电容的正极、双刀双掷开关的一端、程序烧写芯片UB1的；所述双刀双掷开关的另一端、电阻R1的一端与电源模块的VCC端电连接，所述电阻R1的另一端与发光二极管LED0的正极电连接；所述极性电容的负极、电容C3、C4和C5的另一端、程序烧写芯片 UB1的GND端、USB母座的GND端和发光二极管LED0的负极均接地；所述程序烧写芯片UB1的RXD外接一电阻R2与单片机芯片RXD电连接，所述程序烧写芯片UB1的TXD外接二极管VD1与单片机芯片TXD电连接。

为了进一步实现本实用新型，所述WIFI模块采用ESP8266芯片，所述 ESP8266芯片的VCC端、ESP8266芯片的EN端与一AMS1117压降稳压器的 VOUT端连接，所述AMS1117压降稳压器的VIN端外接电源模块，由电源模块提供5V电压；由所述AMS1117压降稳压器件输入端5V电压转换为3.3V电压，以供ESP8266芯片工作，所述ESP8266芯片的GND端、AMS1117压降稳压器的GND端均接地。

为了进一步实现本实用新型，所述ESP8266芯片的URXD和UTXD端口分别与单片机的RXD和TXD连接，即所述ESP8266的TXD接到单片机的RXD， RXD接到单片机的TXD，此时连接状态：WiFi模块–单片机–串口助手，单片机和WiFi模块可以进行串口通信。

为了进一步实现本实用新型，所述单片机芯片周围设有预留端口模块。

有益效果

1.本实用新型一种智能控制的单片机学习板含WIFI通信模块，单片机可以通过串口和WIFI模块通信，这个过程既能学习单片机的串口编程技术，又能将板子变成一个智能控制板，这样将大大提供学习的乐趣。

2.本实用新型学习板上的WIFI模块是可以手机的WIFI连接通信的，板子配套相应的手机APP，APP可以将数据通过WIFI发送到学习板，板子的学习瞬间变得很实用。

3.本实用新型学习板上有继电器等控制模块，通过板载WIFI模块和手机 APP，可以将家里等家电交由手机APP控制，使得编程的学习效果变得和生活工作紧密相连。

4.本实用新型学习板上设有简单的控制电路，方便初学者入门学习，也设有拓展电路，方便使用者进一步的拓展学习，满足多种不同设计性实验的需求，提高实验技术水平，开发性拓展性强，利于加强使用者的硬件实践能力，创造力和发散性思维的培养。

5.本实用新型学习板上通过板载WIFI模块和板子配套的蜂鸣器，可以通过板载WIFI模块，由蜂鸣器播放手机音乐，而无需通过编程播放音乐，减少内存空间的占用。

附图说明

附图1为本实用新型一种智能控制的单片机学习板的模块框图；

附图2为本实用新型一种智能控制的单片机学习板的单片机芯片电路图；

附图3为本实用新型一种智能控制的单片机学习板的单片机芯片的外围电路图；

附图4为本实用新型一种智能控制的单片机学习板流水灯模块电路图；

附图5为本实用新型一种智能控制的单片机学习板蜂鸣器模块电路图；

附图6为本实用新型一种智能控制的单片机学习板数码管显示模块电路图；

附图7为本实用新型一种智能控制的单片机学习板按键模块电路图；

附图8为本实用新型一种智能控制的单片机学习板继电器控制模块电路图；

附图9为本实用新型一种智能控制的单片机学习板电源模块电路图；

附图10为本实用新型一种智能控制的单片机学习板程序烧写模块电路图；

附图11为本实用新型一种智能控制的单片机学习板WIFI模块电路图。

附图标记

1、模块基板；2、单片机芯片；3、流水灯模块；4、蜂鸣器模块；5、独立按键模块；6、数码管显示模块；7、电源接口模块；8、程序烧写模；9、继电器控制模块；10、WIFI模块；11、预留端口模块。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，本实用新型的一种智能控制的单片机学习板，包括模块基板1，所述模块基板固定有MCU模块2以及与MCU连接的各个功能模块，所述功能模块包括有流水灯模块3、蜂鸣器模块4、独立按键模块5、数码管显示模块6、电源接口模块7、程序烧写模块8、继电器控制模块9、WIFI模块10和预留端口模块11。

如图2-3所示，所述MCU模块2包括单片机芯片和外围电路，本实施例中单片机芯片采用STC89C52RC芯片，所述STC89C52RC芯片是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器，为嵌入式控制应用系统提供灵活有效的解决方案。所述外围电路包括振荡电路和复位电路，所述单片机芯片的XTAL2外接振荡电路中的晶体振荡器的一端，单片机芯片内是一个振荡电路反相放大器的输出端；单片机芯片的XTAL1接外围振荡电路中的晶体振荡器的另一端，单片机芯片内是一个振荡电路反相放大器的输入端，所述单片机芯片的RST外接复位电路，高电平有效，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将是单片机复位。

如图4所示，所述流水灯模块采用8路高电平驱动的LED灯电路，本实施例中，LED灯电路的输入端的连接有8*1K排阻做为上拉电阻连接到单片机芯片的P1.0-P1.7的8位准双向I/O口。

如图5所示，所述蜂鸣器模块4采用PNP三极管驱动无源蜂鸣器的电路方案，能满足用户完成系统状态响应、闹钟闹铃、音阶播放、警报等实验。所述蜂鸣器模块默认连接到单片机芯片的P0.5端口上。

如图6所示，所述数码管显示模块采用4位8段共阴数码管3461AS驱动，所述4位8段共阴数码管3461AS共12个引脚，数码管的八个段码a、b、c、 d、e、f、g、DP是结合一起的，八个段码对应着八个引脚串联一限流排阻，以免烧坏LED，再对应连接到单片机芯片上的P2.0-P2.7端口上；剩下的四个位 (即共阴端或共阳端)是结一起的，对应连接到单片机芯片上的P0.0-P0.3端口上。

如图7所示，所述按键模块采用四个独立按键，连接到单片机芯片的 P3.0-3.3端口上，可以让用户完成按键检测、按键中断、按键控制等实验。

如图8所示，所述继电器控制模块为两路PNP三极管驱动的5V小型继电器，默认连接到单片机芯片上的P0.4端口上，能让用户学会继电器的隔离控制，其原理为采用低电压的控制器来控制高电压的用电器，可外接直流电机，控制电机的启动甚至是家里等家电。

上述的流水灯模块、数码管显示模块、按键模块、蜂鸣器模块和继电器控制模块等都是简单的控制电路，用以验证使用者初学的代码运行，单片机为学习板的控制中心，使用者通过该单片机的编程来完成学习，数码管显示模块和流水灯模块用来学习单片机管脚编程，同时可用于验证单片机管脚输入是否正确；按键模块是用来学习单片机管脚编程的信号输入检测；继电器控制模块用来学习单片机控制强电的设备的开关；蜂鸣器控制可以编程让其发出声音或者是音乐。

为了方便学习板的拓展，如图2所示，单片机芯片周围设有预留端口模块，即J1、J2、J3、J4是排针，如图9所示，所述电源模块是将板子的+5V和GND 引出来，方便使用者进行其他功能的拓展。附图中的下载电路是用来下载程序，使用编好的代码就是通过该电路将代码烧录进单片机进行验证

如图10所示，程序烧写模块包括有USB母座，程序烧写芯片UB1，极性电容，双刀双掷开关，晶振Y3，发光二极管LED0，二极管VD1、电阻R1、 R2，电容C3、C4、C5，所述晶振Y3的一端、电容C4的一端与程序烧写芯片 UB1的XI端电连接，所述晶振Y3的另一端、电容C5的一端与程序烧写芯片 UB1的XO端电连接，所述电容C3的一端与程序烧写芯片UB1的V3端电连接。

所述USB母座的Data-端(即图中USB数标3)与程序烧写芯片UB1的 UD-端电连接；所述USB母座的Data+端(即图中USB数标2)与程序烧写芯片UB1的UD+端电连接；所述极性电容的正极、双刀双掷开关的一端、程序烧写芯片UB1的VCC端(即图中VCC1处)与USB母座的VCC端(即图中 USB数标1)电连接；所述双刀双掷开关的另一端、电阻R1的一端与电源模块的VCC端电连接，所述电阻R1的另一端与发光二极管LED0的正极电连接，所述极性电容的负极、电容C3、C4和C5的另一端、程序烧写芯片UB1的GND 端、USB母座的GND端(即图中USB数标4)和发光二极管LED0的负极均接地，所述程序烧写芯片UB1的RXD外接一电阻R2与单片机芯片RXD电连接，所述程序烧写芯片UB1的TXD外接一二极管VD1与单片机芯片TXD电连接，所述RXD端口为接收数据端口，所述TXD端口为发送数据端口，即单片机芯片的引脚第二功能，从而实现数据的接收和发送，使用时，所述单片机芯片的其他端口与其他模块的输出端使用排针电连接，即如需要使用其中一个或多个模块则使用跳帽把排针的相应引脚连接即可，按需连接方便快捷。

本实施例中，程序烧写芯片UB1采用CH340G芯片，是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。在串口方式下，CH340G提供常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线，该模块用来下载程序，使用编好的代码就是通过该电路将代码烧录进单片机进行验证。在红外方式下，CH340G 外加红外收发器即可构成USB红外线适配器，实现SIR红外线通讯。

如图11所示，所述WIFI模块采用ESP8266芯片，如图所示，所述AMS1117 压降稳压器的VIN端外接电源模块，由电源模块提供5V电压；所述AMS1117 压降稳压器的VOUT端分别与所述ESP8266芯片的VCC端(即图中JP1数标 2)、ESP8266芯片的EN端(即图中JP1数标6)电连接，由所述AMS1117 压降稳压器件输入端5V电压转换为3.3V电压，以供ESP8266芯片工作，再者，所述ESP8266芯片的EN端外接高电平可唤醒芯片工作，低电平是芯片处于睡眠状态。

所述ESP8266芯片的URXD和UTXD端口分别与单片机的RXD和TXD 连接，当所述ESP8266芯片的URXD和UTXD端口与单片机的RXD和TXD 正接时，即ESP8266的TXD接到P30(单片机的RXD)，RXD接到P31(单片机的TXD)，此时连接状态：WiFi模块–单片机–串口助手(PC)，由于WiFi 模块和单片机的TXD和RXD处于正接状态，单片机和WiFi模块可以进行串口通信，等同于ESP8266直接和USB通信，也就是和电脑直接通信；当所述 ESP8266芯片的URXD和UTXD端口与单片机的RXD和TXD反接时，即 ESP8266的TXD接到P31(单片机的TXD)，RXD接到P30(单片机的RXD)，此时连接状态：WiFi模块–单片机–串口助手(PC)，由于WiFi模块和单片机的TXD和RXD处于反接状态，单片机和WiFi模块并不通信，相当于WiFi模块直连串口助手；所述ESP8266芯片的GND端、AMS1117压降稳压器的GND 端均接地，通过WIFI模块可以将手机和学习板连接在一起，让普通的学习板瞬间变成智能板，可智能控制电源插头，家庭自动化，网状网络，工业无无线控制，婴儿监控器，网络摄像机，传感器网络，可穿戴电子产品，无线位置感知设备，安全ID标签，无线定位系统信号等功能。

所述多功能单片机学习板设有多个独立且成熟的功能模块，满足多种不同设计性实验的需求，提高实验技术水平，开发性拓展性强，利于加强使用者的硬件实践能力，创造力和发散性思维的培养。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。