智能模型车实验教学平台

本技术涉及一种智能模型车实验教学平台，特别是单片机实验教学装置；属于单片机，应用于创新实践的实验教学平台。

背景技术：

1、智能模型车课程随着智能网联汽车的发展已成为诸多高校汽车相关专业所增设的重要实践课程，该类课程多采用恩智浦智能模型车作为实验教具，讲授智能车控制的基本理论及方法。

2、智能模型车控制的基础是单片机编程，在教学过程中发现，多数学生单片机基础知识薄弱，而现有的教具——智能模型车又由于机械结构复杂而易于损坏，这影响了实验教学进度、挫败了学生的学习兴趣。因此非常有必要在学生进行智能模型车控制之前用相应系列的单片机教学用实验装置分模块对学生进行相关训练。

3、然而，针对市场上应用广泛的51单片机或arduino单片机，现有的实验装置较多。但是针对大学生智能模型车课程或比赛的nxp的k60、k66系列单片机，缺少相关的教学用实验装置。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种智能模型车实验教学平台，以单片机最小系统为核心板，辅以外围功能模块电路，其中整合k60、k66系列单片机主要功能模块，实现单片机各功能模块的基础实验教学；使得学习者在编写单片机各功能程序时可看到程序执行效果，提升学习兴趣，且加深对单片机基础理论的理解，从而使学习者快速掌握单片机的理论知识和开发技能。

2、本实用新型的技术方案是这样实现的：智能模型车创新实践实验教学平台，由外围功能模块电路作为底板和单片机最小系统核心板组成，其中单片机最小系统核心板由微控制器、晶振电路、电源及复位电路、程序下载接口电路构成；外围功能模块电路包括电源电路、独立按键输入电路、蜂鸣器驱动电路、led控制电路、数码管显示电路、usb-ttl通信电路、蓝牙接口电路、2.4g无线通信电路、oled接口电路、串行eeprom电路、dac输出电路、adc输入电路、can总线通信接口电路、lin总线通信接口电路、超声波测距接口电路、直流电机驱动接口电路、直流电压输出接口电路、旋转编码器接口电路、摄像头接口电路、逻辑分析仪接口电路、单片机引脚引出电路；其特征在于：由nxp k66微控制器最小系统构成单片机最小系统核心板，外围功能模块电路设在底板上，底板上设有插座，单片机最小系统核心板通过插座与底板电路连接，把底板上各外围功能模块电路所需要的单片机引脚引出；

3、其中外围功能模块电路中的电源电路提供5v、3.3v和系统输入电源电压信号；led控制电路、独立按键输入电路、数码管显示电路、摄像头接口电路、超声波模块接口电路、oled接口电路和蜂鸣器驱动电路与单片机最小系统核心板中引出的gpio引脚连接；直流电机驱动接口电路与单片机最小系统核心板中引出的pwm引脚连接；旋转编码器接口电路与单片机最小系统核心板中引出的ftm引脚连接；lin总线接口电路与单片机最小系统核心板中引出的uart的txd和rxd引脚连接；can总线接口电路与单片机最小系统核心板中引出的can模块的rx和tx引脚连接；usb接口电路和蓝牙接口电路与单片机最小系统核心板中引出的uart的txd和rxd引脚连接；adc输入电路与单片机最小系统核心板中引出的adc引脚连接；dac输出电路和2.4g无线通信电路与单片机最小系统核心板中引出的spi模块的sck、sout引脚连接实现spi通信控制；eeprom接口电路与单片机最小系统核心板中引出的i2c模块的scl引脚和sda引脚连接；单片机引脚引出电路与核心板其余未被占用的引脚相连；逻辑分析仪接口电路分别从eeprom接口电路中引出i2c接头插针，从超声波测距接口电路中引出超声波测距信号插针，从旋转编码器接口电路中引出旋转编码器信号插针，从can通信接口电路引出can总线信号插针，从lin通信接口电路中引出lin总线信号插针，从dac输出电路引出的spi信号插针，从2.4g无线通信电路引出的spi信号插针，从usb_ttl通信电路和蓝牙通信电路引出的uart信号插针，从摄像头接口电路引出的信号插针，从oled接口电路引出的信号插针，从直流电机驱动接口电路引出的pwm信号插针；采用12v电源供电，用bl1117-50cx电压转换芯片将12v电压转换为5v电压，12v电源经拨动开关连接到bl1117-50cx的输入3脚，bl1117-50cx的输出2脚输出5v电压信号供电，采用bl1117-33cx将12v电压信号转换为3.3v电压信号，12v电源经拨动开关连接到bl1117-33cx的输入3脚，bl1117-33cx的输出2脚输出3.3v电压信号。电源电压负极连接由n-mos管组成的防反接电路，防止电源反接损坏电路。

4、所述的单片机最小系统核心板引出3个gpio引脚分别连接rgb型led的r、g、b三个引脚，该rgb型led为共阳极led，阳级连接3.3v电压信号，gpio引脚经200ω的稳流电阻连接到其阴极；引出1个gpio引脚连接到另一个led，gpio引脚连接到该led的阳极，led的阴极经1k的下拉电阻连接到地；引出5个gpio引脚分别连接到五个独立按键，五个独立按键型号相同，均有4个引脚，其中1号引脚连接到gpio，2号引脚经1k的上拉电阻连接到3.3v电压信号，3号引脚接地，4号引脚悬空。

5、所述的单片机最小系统核心板引出10个gpio引脚，其中8个gpio引脚分别连接到两个aip74hc573ta20.tr锁存器的d0～d7引脚(1脚～8脚)，另外2个gpio引脚分别连接到2个锁存器的le引脚(11脚)，其中1个锁存器q0～q7引脚(19脚～12脚)分别经200ω的稳流电阻连接到2个4位数码管的11脚(a)、7脚(b)、4脚(c)、2脚(d)、1脚(e)、10脚(f)、5脚(g)、3脚(d2)，另一个锁存器的q0～q3引脚分别连接一个4位数码管的12脚(g1)、9脚(g2)、8脚(g3)、6脚(g4)，q4～q7引脚分别连接另一个4位数码管的12脚(g1)、9脚(g2)、8脚(g3)、6脚(g4)，两个锁存器的1脚、10脚均接地，20脚接5v电压信号；引出1个gpio引脚经稳流电阻和三级管连接到蜂鸣器buzzer的1个引脚，蜂鸣器buzzer的另一个引脚接地。

6、所述的单片机最小系统核心板引出uart txd引脚连接到usb转串口芯片ch340g的2脚(txd)，引出单片机的uart rxd引脚连接到ch340g的3脚(rxd)，ch340g的5脚(ud+)连接到usb连接器670688001的3脚(d+),ch340g的6脚(ud-)连接到usb连接器670688001的2脚(d-)。

7、所述的单片机最小系统核心板引出uart txd引脚连接到蓝牙接口电路的2脚，引出单片机的uart rxd引脚连接到蓝牙接口的3脚，蓝牙接口模块的1脚为state引脚，4脚接地，5脚连接5v电压信号。

8、所述的单片机最小系统核心板引出的i2c_scl引脚连接到eeprom at24c02的6脚(scl)，引出单片机的i2c_sda引脚连接到eepromat24c02的5脚(sda)；引出spi sck连接到数模转换芯片gp8403-tc50-ew的1脚(sclk)，引出单片机的spi sout连接到数模转换芯片gp8403-tc50-ew的2脚(sda)；引出单片机最小系统核心板2个gpio引脚分别连接到超声波模块hcsr04的echo引脚和trig引脚，超声波模块hcsr04由5v电源供电。

9、所述的单片机最小系统核心板的引出1个adc引脚连接到拨动开关pcm12smtr的2脚，用1个5k电阻和1个10k可变电阻串联并连接到5v电源，拨动开关pcm12smtr的3脚连接到5k电阻和10k可变电阻之间，用1个5k电阻和1个光敏电阻串联并连接到5v电源，拨动开关pcm12smtr的1脚连接到5k电阻和光敏电阻之间；引出单片机核心板2个ftm引脚，连同5v电源和地共同构成旋转编码器接口。

10、所述的单片机最小系统核心板引出的can rx和can tx引脚，分别连接到can收发器tja1042t/3/1j的4脚(rxd)和1脚(txd)，can收发器tja1042t/3/1j的6脚(canl)和7脚(canh)分别连接can总线的can低和can高输出线，在其间并联1个120ω电阻；引出uart端口的rx和tx引脚，分别连接到lin收发器tja1021t/20/cm,118的1脚(rxd)和4脚(txd)，lin收发器tja1021t/20/cm,118的6脚(lin)连接lin总线；引出5个gpio引脚连同3.3v电源和地构成oled屏接口，其中单片机的5个gpio引脚分别连接oled屏的scl、sda、rst、d/c、cs；引出13个gpio引脚，连同3.3v电源和地构成摄像头接口，其中单片机的13个gpio引脚分别连接摄像头的像素数据信号引脚d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、sccb_scl时钟信号引脚、sccb_sda数据信号引脚、像素时钟信号引脚pclk、场同步信号引脚vsyn、行同步信号引脚href。

11、所述的直流电机接口电路引出单片机最小系统核心板2个pwm引脚，分别连接到电机驱动芯片drv8870ddar的2脚(in1)和3脚(in2)，电机驱动芯片drv8870ddar的6脚(out1)和8脚(out2)分别连接直流电机的正负极。

12、所述的单片机最小系统核心板引出spi sck连接到无线收发芯片si24r1的3脚(sck)，引出单片机的spi sout连接到无线收发芯片si24r1的4脚(mosi)，引出单片机的spisin连接到无线收发芯片si24r1的5脚(miso)。

13、所述的单片机最小系统核心板引出其他未被占用的引脚连接i/o接口电路的插针，以作备用。

14、所述的逻辑分析仪接口电路上设计了超声波测距信号、旋转编码器信号、can总线信号、lin总线信号、2.4g无线通信电路无线收发芯片连接信号、dac电路模数转换芯片连接信号、电机驱动芯片连接信号、oled接口电路通信信号、摄像头接口电路通信信号插针接口。

15、本实用新型的积极效果在于：微控制器是单片机芯片，外围电路用于实现单片机各个独立的功能，相对独立，即各个功能模块电路之间没有联系，只是这些外围电路都与核心板连接；其结构简单，实现成本低，可为单片机学习者提供简单的实验平台，帮助初学者快速掌握单片机各功能模块的原理和编程，降低学习难度，促进学生课程学习进度。