本申请涉及集成电路领域，特别是涉及一种电路主控板。
背景技术：
随着科技创客类教育的不断兴起，各种由功能电路主控板、电子传感器及机械结构基本零件的创客教育教具套装不断推出。其中，电路主控板作为核心部件，其主要功能是通过电路设计利用主控板微处理器的强大逻辑及预算功能实现对其他电子部件的控制，以使得在教学过程中能够对外设，例如，扬声器、发光二极管(LED)光源、电机、舵机等进行控制，并且能够接收各种传感器，例如：光敏传感器、红外传感器、超声波传感器、声音传感器、触碰传感器等的信息输入。目前常见的科技创客教育电路主控板有以下两种：
第一种是通用电路板，该电路板只是将单片机处理器的一些管脚功能进行预先定义和重新引出，在单片机中对实现功能的程序代码进行了函数接口的封装。这种电路板虽然体积较小但是功能比较少，不能基于该电路板实现复杂的电路控制；
第二种是在通用电路板功能的基础上进行了更多的人性化的设计，例如添加了声音、LED光源、电机接口等功能，但是这种电路板的体积通常比较大，尤其是在和其他积木玩具进行配合使用时，空间占用量大，造成使用上的不便。
技术实现要素：
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
本申请提供了一种电路主控板，所述电路主控板表面平行分布有至少三排电路：
第一排电路，所述第一排电路包括第一电气接口电路和第一总线接口电路；
第二排电路，所述第二排电路包括电机驱动电路和主控电路；和
第三排电路，所述第三排电路包括第二电气接口电路、第二总线接口电路和电源控制开关电路；
其中，所述第一电气接口电路、所述第一总线接口电路、所述电机驱动电路、第二电气接口电路、第二总线接口电路和电源控制开关电路分别与所述主控电路连接。
本申请通过电路单元的设计和布局优化有效减小了电路主控板的幅面大小，通过独有的设计在电路主控板中集成了更多功能，并且通过优化设计提高了电路的可靠性。
可选地，所述第一电气接口电路包括第一舵机接口电路、第一电机接口电路和无线通讯接口电路，其中，所述第一舵机接口电路和所述无线通讯接口电路分别与所述主控电路连接，所述第一电机接口电路通过所述电机驱动电路与所述主控电路连接。
本申请增加了舵机接口、电机接口和无线通讯接口，使得电路主控板能够外接多种类型的电路，支持更多功能和控制操作。
可选地，所述第一总线接口电路包括依次排列的第一总线接口电路、第二总线接口电路和第三总线接口电路，其中，所述第一总线接口电路为双数字信号和I2C总线接口，所述第二总线接口电路为双模拟信号和I2C总线接口或者双数字信号和I2C总线接口，所述第三总线接口电路为单模拟信号和I2C总线接口或者单数字信号和I2C总线接口，所述第一总线接口电路、第二总线接口电路和第三总线接口电路分别与所述主控电路连接。
本申请在将三个总线接口并排放置在电路主控板的第一排，不但节省空间，而且排列紧凑，适应各种总线的需要，进而能够实现更多的功能。
可选地，所述主控电路包括两排电路：
第2A排电路，所述第2A排电路包括依次排列的第一显示电路、蜂鸣器电路、处理器电路和USB电路；和
第2B排电路，所述第2B排电路包括依次排列的第二显示电路、电源转换电路、低电压检测电路、电源电路；
其中，所述第一显示电路、第二显示电路、所述蜂鸣器电路和所述USB电路分别与所述处理器电路连接；所述低电压检测电路和所述电源电路分别与所述电源控制开关电路连接，所述电源控制开关电路与所述电源转换电路连接，所述电源转换电路与所述电路主控板中需要供电的电路连接。
可选地，所述第一显示电路和所述第二显示电路均为LED电路。
本申请将主控电路布置在电路板的中部，将接口电路布置在电路板的周边，使得结构更加紧凑，并且本申请设计有低电压检测电路，能够实现低电压告警，从而更好地保护电路主控板。
可选地，所述USB电路包括依次排列的USB转异步收发传输器(UART)电路、USB口防护电路和USB接口电路，其中，所述USB接口电路、所述USB口防护电路、所述USB转UART电路和所述处理器电路依次连接。
本申请通过增加防护电路并进行优化设计提高了电路的可靠性。
可选地，所述电源电路包括依次排列的短路保护电路、防反接电路和电源接口电路，其中，所述电源接口电路、所述防反接电路和所述短路保护电路依次连接，所述短路保护电路与所述电源控制开关电路连接。
本申请对电源电路进行了详细设计，能够对电源和其他电路进行了有效保护。
可选地，所述第二电气接口电路包括第二舵机接口电路和第二电机接口电路，其中，所述第二舵机接口电路与所述主控电路连接，所述第二电机接口电路通过所述电机驱动电路与所述主控电路连接。
可选地，所述第二总线接口电路包括依次排列的第四总线接口电路、第五总线接口电路和第六总线接口电路，其中，所述第二总线接口电路包括依次排列的第四总线接口电路、第五总线接口电路和第六总线接口电路，其中，所述第四总线接口电路为双数字信号和I2C总线接口，所述第五总线接口电路为双模拟信号和I2C总线接口或者双数字信号和I2C总线接口，所述第六总线接口电路为单模拟信号和I2C总线接口或者单数字信号和I2C总线接口，所述第四总线接口电路、第五总线接口电路和第六总线接口电路分别与所述主控电路连接。
本申请增加了采用两个电机接口和两个舵机接口，并且增加了更多的总线接口，使得电路主控板能够实现外接更多其他设备，增加了功能性和趣味性。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本申请的电路主控板的一个实施例的框图；
图2是本申请的第一电气接口电路的一个实施例的框图；
图3是本申请的主控电路的一个实施例的框图；
图4是本申请的USB电路的一个实施例的框图；
图5是本申请的电源电路的一个实施例的框图；
图6是本申请的第二电气接口电路的一个实施例的框图；
图7是本申请的电路主控板布局的一个实施例的框图；
图8是本申请的电路主控板的电路连接关系的一个实施例的框图。
具体实施方式
参见图1，本申请提供了一种电路主控板1，所述电路主控板表面平行分布有至少三排电路：
第一排电路，所述第一排电路包括第一电气接口电路101和第一总线接口电路102；
第二排电路，所述第二排电路包括电机驱动电路103和主控电路104；和
第三排电路，所述第三排电路包括第二电气接口电路105、第二总线接口电路106和电源控制开关电路107；
其中，所述第一电气接口电路101、所述第一总线接口电路102、所述电机驱动电路103、第二电气接口电路105、第二总线接口电路106和电源控制开关电路107分别与所述主控电路104连接。
可选地，参见图2，所述第一电气接口电路包括第一舵机接口电路201、第一电机接口电路202和无线通讯接口电路203，其中，所述第一舵机接口电路201和所述无线通讯接口电路203分别与所述主控电路104连接，所述第一电机接口电路202通过所述电机驱动电路103与所述主控电路104连接。
可选地，参见图2，所述第一总线接口电路包括依次排列的第一总线接口电路204、第二总线接口电路205和第三总线接口电路206，其中，所述第一总线接口电路204为双数字信号和I2C总线接口，所述第二总线接口电路205为双模拟信号和I2C总线接口或者双数字信号和I2C总线接口，所述第三总线接口电路206为单模拟信号和I2C总线接口或者单数字信号和I2C总线接口，所述第一总线接口电路204、第二总线接口电路205和第三总线接口电路206分别与所述主控电路104连接。
可选地，参见图3，所述主控电路包括两排电路：
第2A排电路，所述第2A排电路包括依次排列的第一显示电路301、蜂鸣器电路303、处理器电路305和USB电路307；和
第2B排电路，所述第2B排电路包括依次排列的第二显示电路302、电源转换电路304、低电压检测电路306、电源电路308；
其中，所述第一显示电路301、第二显示电路302、所述蜂鸣器电路303和所述USB电路307分别与所述处理器电路305连接；所述低电压检测电路306和所述电源电路308分别与所述电源控制开关电路107连接，所述电源控制开关电路107与所述电源转换电路304连接，所述电源转换电路304与所述电路主控板中需要供电的电路连接。
可选地，所述第一显示电路和所述第二显示电路均为LED电路。
可选地，参照图4，所述USB电路包括依次排列的USB转UART电路401、USB口防护电路402和USB接口电路403，其中，所述USB接口电路403、所述USB口防护电路402、所述USB转UART电路401和所述处理器电路305依次连接。
可选地，参照图5，所述电源电路包括依次排列的短路保护电路501、防反接电路502和电源接口电路503，其中，所述电源接口电路503、所述防反接电路502和所述短路保护电路501依次连接，所述短路保护电路501与所述电源控制开关电路107连接。
可选地，参照图6，所述第二电气接口电路包括第二舵机接口电路601和第二电机接口电路602，其中，所述第二舵机接口电路601与所述主控电路104连接，所述第二电机接口电路602通过所述电机驱动电路103与所述主控电路104连接。
可选地，参照图6，所述第二总线接口电路包括依次排列的第四总线接口电路604、第五总线接口电路605和第六总线接口电路606，其中，所述第四总线接口电路为双数字信号和I2C总线接口，所述第五总线接口电路为双模拟信号和I2C总线接口或者双数字信号和I2C总线接口，所述第六总线接口电路为单模拟信号和I2C总线接口或者单数字信号和I2C总线接口，所述第四总线接口电路、第五总线接口电路和第六总线接口电路分别与所述主控电路连接。
在一个优选方案中，本申请提供的电路主控板的电路布局如图7所示，该图7中各个电路的连接关系未示出。本申请提供的电路主控板的电路连接关系如图8所示。从图中可以看出，本申请提供的电路主控板结构紧凑，布局紧凑，整个板幅面面积仅为约40平方厘米，优选为41.76平方厘米，相比于目前的通用电路板，功能增多，而电路板面积并没有显著增加。
下面对本申请提供的电路主控板中的各个电路的功能和实现进行说明：
无线通讯接口电路支持与HC06蓝牙模块等相同信号定义的蓝牙模块连接，该蓝牙模块可以直接插入该无线通讯接口电路。
电路主控板支持全彩LED和板载蜂鸣器电路，可以用于实现信息提示和报警。
处理器电路为电路主控板中的主控CPU，用于接收从USB转UART电路得到的控制指令，对蜂鸣器、全彩LED、外接电机和舵机、外接各类传感器等进行控制。
蜂鸣器电路还包括蜂鸣器控制电路，该蜂鸣器控制电路用于接收主控CPU发来的脉冲宽度调制(PWM)方波，发出任意频率的声音。
低电压检测电路用于检测外部电源(例如，电池)的电压，并通过指示灯告警，一旦低于设定值即点亮告警灯。
电源控制开关电路用于实现整板电源开关控制，并支持待机指示灯
电源转换电路用于将电源接口电路输入的6V至12V电压转换成5V，供整板及外接传感器和执行机构使用。该电路使用DC-DC做电源转换，能够使6V至12V电源输入始终保持90％以上的转化效率，从而延长电池使用时间。
短路保护电路用于对整个电路主控板进行电路保护，优选地，能够将整板电路限制在3A以下，防止因单板短路导致外部电池电流过大而发生危险。
防反接电路在一个优选方案中使用金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOS管)防反接，该电路功耗小并且能够延长电源使用时间。
USB接口电路用于对主控CPU进行固件烧写，也可以由上位机通过此接口对电路主控板进行控制。
USB口防护电路采用瞬态抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)防护。该电路对静电泄放反应快，能够防止人体静电引起的接口部分电路损坏，同时限制了电路主控板从USB接口电路取电的电流，有效防止供电的USB设备的损坏。
USB转UART电路用于实现USB到UART接口协议的转换。
主控电路还包括滤波电路，用于使内部ADC(模数转换)采样外部模拟量时更加准确稳定。
电源接口电路用于给整个主控板供电。
防反接电路用于当电源接口电路的电源端和地端反接时，会自动断开电路连接，以防止后级电路的损坏。
电源控制开关电路用于控制电路主控板整板上电。
短路保护电路用于当单板某部分电路短路或者外接传感器和执行机构负载过大时，保护电路主控板不被烧毁以及保证外接电池的安全。
电机驱动电路用于将主控CPU送出的PWM和其他控制信号转变成驱动电机的信号对两路电机进行驱动，该电路可直接外接电机使用并提供过流保护。
电路主控板直接支持两个PWM控制的舵机接口，并提供过流保护。
总线接口电路包括多种接口电路形式，其中：
双数字(模拟)信号和I2C总线接口用于与具有两个数字(模拟)接口和I2C接口的各类传感器连接。
单数字(模拟)信号和I2C总线接口用于与具有一个数字(模拟)接口和I2C接口的各类传感器连接。
电机接口用于外接5V直流电机。
舵机接口用于外接5V舵机。
无线通讯接口电路用于连接蓝牙、具有UART口的无线模块或其他无线模块。
显示电路优选为全彩LED电路，用于通过主控CPU的控制，完成1600万全真彩色的显示。可以理解的是，显示电路也可以采取其他具有显示功能的电路。
本申请能够用于机器人及自动控制教学领域、科技类创客教育设备的研发和制作领域以及电子积木玩具及教学设备的研发和设计领域等。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。