本實用新型涉及無線通訊技術(shù)和單片機教學(xué)開發(fā)板技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于無線通訊技術(shù)的單片機教學(xué)開發(fā)板。

背景技術(shù)：

單片機技術(shù)自發(fā)展以來已走過了近20年的發(fā)展路程。單片機技術(shù)的發(fā)展以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的發(fā)展趨勢。

當(dāng)前，單片機教學(xué)開發(fā)板主要以教學(xué)演示為主，具備常用的教學(xué)演示功能。然而，在單片機教學(xué)開發(fā)板上沒有設(shè)置輔助教學(xué)的模塊，而單片機教學(xué)開發(fā)板上的功能模塊比較多，對于大多數(shù)大中專院校的學(xué)生而言，在教學(xué)過程中很難快速熟悉和掌握，并需要更多的理論知識和實踐技能去熟悉這些功能模塊，因而無法完成單片機教學(xué)開發(fā)板的實驗結(jié)果的主動檢測工作，這部分工作一般由教師來完成，由此增加了教師的工作量，也不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)進步。

與此同時，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，藍(lán)牙通信、WiFi通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)雖然在生活中得到廣泛應(yīng)用，但是卻沒有運用于單片機教學(xué)開發(fā)板。為此提供一種基于藍(lán)牙、WiFi、物聯(lián)網(wǎng)等無線通訊技術(shù)的單片機教學(xué)開發(fā)板，為解決現(xiàn)有的單片機教學(xué)開發(fā)板不具備通訊功能的缺點，并實現(xiàn)單片機教學(xué)開發(fā)板與其它系統(tǒng)之間的無線通訊就顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是要解決當(dāng)前在單片機教學(xué)開發(fā)板上卻缺乏輔助教學(xué)的模塊，無法自主對實驗結(jié)果進行自主檢測，并且不具備通訊功能，不利于學(xué)生進行聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的問題，為此提供一種基于無線通訊技術(shù)的單片機教學(xué)開發(fā)板。

本實用新型的具體方案是：一種基于無線通訊技術(shù)的單片機教學(xué)開發(fā)板，包括集成設(shè)置于一塊PCB板上單片機、與所述單片機通訊連接的顯示單元、數(shù)據(jù)接收單元、ISP接口模塊、USB自動下載模塊、步進電機驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和4*4矩陣鍵盤模塊，步進電機驅(qū)動模塊連接并驅(qū)動蜂鳴器模塊，其特征是：在PCB板上還裝有直流穩(wěn)壓電源模塊和與所述單片機通訊連接的WiFi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊和藍(lán)牙模塊以及實驗結(jié)果檢測模塊，實驗結(jié)果檢測模塊連接并驅(qū)動語音模塊，語音模塊連接揚聲器，直流穩(wěn)壓電源模塊為PCB板上的各個模塊提供工作電源。

本實用新型中所述顯示單元包括液晶顯示單元、8*8點陣模塊、LED燈模塊、數(shù)碼管模塊，并且液晶顯示單元采用芯片LCD1602,LED燈模塊為16位兩種方式驅(qū)動的LED燈，數(shù)碼管模塊為8位動態(tài)數(shù)碼管。

本實用新型中所述數(shù)據(jù)接收單元包括紅外遙控接收模塊、溫度傳感器模塊、38譯碼器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和8位鎖存器模塊，并且紅外遙控接收模塊采用IR紅外接頭，溫度傳感器模塊為18B20接口，38譯碼器模塊采用芯片74HC138，A/D轉(zhuǎn)換模塊板載光敏、熱敏電阻，8位鎖存器模塊采用芯片74HC573。

本實用新型中所述單片機采用型號為STC90C516 1280 SRAM 64K Flash的C51系列單片機，單片機配備有芯片型號為DS1302的時鐘模塊，WiFi模塊采用芯片ESP8266，物聯(lián)網(wǎng)模塊的采用芯片ZA2530A,藍(lán)牙模塊采用芯片CC2540。

本實用新型中所述步進電機驅(qū)動模塊采用芯片ULN2003D，蜂鳴器模塊采用無源蜂鳴器，ISP接口模塊采用AT89S52單片機，數(shù)據(jù)存儲器模塊采用芯片24C02，USB自動下載模塊采用USB串口芯片CH340。

本實用新型中所述實驗結(jié)果檢測模塊采用型號為STM32F103RDT6的STM32系列單片機。

本實用新型具有以下優(yōu)點：

(1)本實用新型成本低廉、功能齊全、性能穩(wěn)定，滿足了教師的教學(xué)要求和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；

(2)本實用新型實現(xiàn)了對實驗結(jié)果進行自主檢測，并通過語音模塊、揚聲器進行語音播報息，大大方便了教師的教學(xué)，減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，并便于學(xué)生快速熟悉和掌握單片機教學(xué)開發(fā)板；

(3)本實用新型通過采用藍(lán)牙通信、WiFi通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實現(xiàn)了單片機教學(xué)開發(fā)板與其它系統(tǒng)之間的無線通訊；

(4)本實用新型可連接至服務(wù)器，便于記錄和保存實驗數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本實用新型的控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本實用新型中單片機的電路原理圖；

圖3是本實用新型中WiFi模塊的電路原理圖；

圖4是本實用新型中數(shù)碼管模塊的電路原理圖；

圖5是本實用新型中物聯(lián)網(wǎng)模塊的電路原理圖；

圖6是本實用新型中藍(lán)牙模塊的電路原理圖；

圖7是本實用新型中液晶顯示單元的電路原理圖；

圖8是本實用新型中LED模塊的電路原理圖；

圖9是本實用新型中時鐘模塊的電路原理圖；

圖10是本實用新型中紅外遙控接收模塊的電路原理圖；

圖11是本實用新型中溫度傳感器模塊的電路原理圖；

圖12是本實用新型中步進電機驅(qū)動模塊和蜂鳴器模塊的電路原理圖；

圖13是本實用新型中實驗結(jié)果檢測模塊與語音模塊的電路原理圖。

圖中：1—PCB板，2—單片機，3—顯示單元，4—數(shù)據(jù)接收單元，5—蜂鳴器模塊，6—ISP接口模塊，7—USB自動下載模塊，8—步進電機驅(qū)動模塊，9—數(shù)據(jù)存儲模塊，10—4*4矩陣鍵盤模塊，11—直流穩(wěn)壓電源模塊，12—WiFi模塊，13—物聯(lián)網(wǎng)模塊，14—藍(lán)牙模塊，15—語音模塊，16—揚聲器，17—液晶顯示單元，18—8*8點陣模塊，19—LED燈模塊，20—數(shù)碼管模塊，21—紅外遙控接收模塊，22—溫度傳感器模塊,23—38譯碼器模塊，24—A/D轉(zhuǎn)換模塊，25—8位鎖存器模塊，26—時鐘模塊，27—實驗結(jié)果檢測模塊。

具體實施方式

參見圖1-13，本實用新型包括集成設(shè)置于一塊PCB板1上單片機2、與所述單片機2通訊連接的顯示單元3、數(shù)據(jù)接收單元4、ISP接口模塊6、USB自動下載模塊7、步進電機驅(qū)動模塊8、數(shù)據(jù)存儲模塊9和4*4矩陣鍵盤模塊10，在PCB板1上還裝有直流穩(wěn)壓電源模塊11和與所述單片機2通訊連接的WiFi模塊12、物聯(lián)網(wǎng)模塊13和藍(lán)牙模塊14以及實驗結(jié)果檢測模塊27，實驗結(jié)果檢測模塊27連接并驅(qū)動語音模塊15，語音模塊15連接揚聲器16，直流穩(wěn)壓電源模塊11為PCB板1上的各個模塊提供工作電源。

本實施例中所述顯示單元3包括液晶顯示單元17、8*8點陣模塊18、LED燈模塊19、數(shù)碼管模塊20，并且液晶顯示單元17采用芯片LCD1602,LED燈模塊19為16位兩種方式驅(qū)動的LED燈，數(shù)碼管模塊20為8位動態(tài)數(shù)碼管。

本實施例中所述數(shù)據(jù)接收單元4包括紅外遙控接收模塊21、溫度傳感器模塊22、38譯碼器模塊23、A/D轉(zhuǎn)換模塊24和8位鎖存器模塊25，并且紅外遙控接收模塊21采用IR紅外接頭，溫度傳感器模塊22為18B20接口，38譯碼器模塊23采用芯片74HC138，A/D轉(zhuǎn)換模塊24板載光敏、熱敏電阻，8位鎖存器模塊25采用芯片74HC573。

本實施例中ISP接口模塊6采用AT89S52單片機，數(shù)據(jù)存儲器模塊9采用芯片24C02，USB自動下載模塊7采用USB串口芯片CH340。

本實施例中實驗結(jié)果檢測模塊27實現(xiàn)了對各個功能模塊實驗結(jié)果的自主檢測，并通過語音模塊15、揚聲器16進行語音播報息，大大方便了教師的教學(xué)，減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，并便于學(xué)生快速熟悉和掌握單片機教學(xué)開發(fā)板。

本實施例中所述單片機2采用型號為STC90C516 1280 SRAM 64K Flash的C51系列單片機，其電路原理圖如圖2所示，單片機2的工作頻率在0～40MHz,相當(dāng)于普通8051單片機工作頻率的0～80MHz，并配備有芯片型號為DS1302的時鐘模塊26，時鐘模塊26的電路原理圖如圖9所示，時鐘模塊26的5引腳、6引腳、7引腳、分別與單片機2的15引腳、14引腳、16引腳連接。DS1302片內(nèi)有31個RAM單元，對片內(nèi)RAM的操作有兩種方式：單字節(jié)方式和多字節(jié)方式。當(dāng)控制命令字為C0H~FDH時為單字節(jié)讀寫方式，命令字中的D5～D1用于選擇對應(yīng)的RAM單元，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。

本實施例中WiFi模塊12采用芯片ESP8266，其電路原理圖如圖3所示，ESP8266的22引腳為TXD，是模塊的串口發(fā)送端，21引腳為RXD,是模塊的串口接受端，WiFi模塊12的22引腳和21引腳分別通過杜邦線與單片機2的10引腳和11引腳相連,完成WiFi模塊12與單片機2之間的通信。

本實施例中數(shù)碼管模塊20的電路原理圖如圖4所示，數(shù)碼管模塊中的74HC245芯片的2引腳、3引腳、4引腳、5引腳、6引腳、7引腳、8引腳、9引腳分別與單片機2的39引腳、38引腳、37引腳、36引腳、35引腳、34引腳、33引腳、32引腳連接。本實用新型采用的是共陰LED顯示器。使用數(shù)碼管LED顯示器時，為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進行編碼。七段數(shù)碼管加上一個小數(shù)點，共計8段，因此為LED顯示器提供的編碼正好是一個字節(jié)。

本實施例中物聯(lián)網(wǎng)模塊13的采用芯片ZA2530A,其電路原理圖如圖5所示，ZA2530A的18引腳為TX，是模塊的串口發(fā)送端，19引腳為RX,是模塊的串口接受端，物聯(lián)網(wǎng)模塊13的18引腳和19引腳分別通過杜邦線與單片機2的10引腳和11引腳相連，完成物聯(lián)網(wǎng)模塊13與單片機2之間的通信。

本實施例中藍(lán)牙模塊14采用芯片CC2540，其電路原理圖如圖6所示，CC2540的14引腳為RX，是模塊的串口發(fā)送端，15引腳為TX,是模塊的串口接受端，藍(lán)牙模塊14的15引腳和14引腳分別通過杜邦線與單片機2的10引腳和11引腳相連，完成藍(lán)牙模塊14與單片機2之間的通信。

本實施例中液晶顯示單元17采用芯片LCD1602，其電路原理圖如圖7所示，LCD1602的4引腳、5引腳、6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10引腳、11引腳、12引腳、13引腳、14引腳分別與51單片機的27引腳、24引腳、28引腳、39引腳、38引腳、37引腳、36引腳、35引腳、34引腳、33引腳、32引腳連接。LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號的點陣型液晶模塊，由5x10的點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以用顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。

本實施例中LED模塊19的電路原理圖如圖8所示，LED模塊19的RP7的1引腳、2引腳、3引腳、4引腳、5引腳、6引腳、7引腳、8引腳分別與單片機2的21引腳、22引腳、23引腳、24引腳、25引腳、26引腳、27引腳、28引腳連接。LED的工作是有方向性的，只有當(dāng)正級接到LED陽極，負(fù)極接到LED的陰極的時候才能工作，如果反接LED是不能正常工作的，當(dāng)LED的陽極串聯(lián)一個電阻，然后連接到電源VCC，而LED的陰極連接到單片機2的P2口，把單片機2相對應(yīng)的IO賦為低電平，相應(yīng)的LED燈才能被點亮。

本實施例中紅外遙控接收模塊21的電路原理圖如圖10所示，紅外遙控接收模塊的1引腳接單片機2的12引腳。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，紅外遙控器常用載波的方式傳送二進制編碼，常用的載波頻率為38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。所以，紅外遙控器是將遙控信號（二進制脈沖碼）調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去的。紅外接收設(shè)備是由紅外接收電路、紅外解碼、電源和應(yīng)用電路組成。紅外遙控接收器的主要作用是將遙控發(fā)射器發(fā)來的紅外光信好轉(zhuǎn)換成電信號，再放大、限幅、檢波、整形，形成遙控指令脈沖，輸出至遙控微處理器。

本實施例中溫度傳感器模塊22采用芯片DS18820，其電路原理圖如圖11所示，溫度傳感器模塊22的2引腳接單片機2的17引腳。DS18820可以直接讀出數(shù)字的溫度數(shù)值，溫度傳感器模塊22的精度為用戶可編程的9，10，11或12位，分別以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量遞增，在上電狀態(tài)下默認(rèn)的精度為12位，DS18B20啟動后保持低功耗等待狀態(tài),當(dāng)需要執(zhí)行溫度測量和AD轉(zhuǎn)換時，總線控制器必須發(fā)出命令，轉(zhuǎn)換完以后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式被存儲到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。

本實施例中步進電機驅(qū)動模塊8采用芯片ULN2003D，其電路原理圖如圖12所示，ULN2003D的1引腳、2引腳、3引腳、4引腳、5引腳分別與單片機2的1引腳、2引腳、3引腳、4引腳、6引腳連接。蜂鳴器模塊5的BZ引腳與ULN2003D的12引腳連接。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。ULN2003D是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN 達(dá)林頓管組成,用于驅(qū)動蜂鳴器模塊5。

本實施例中實驗結(jié)果檢測模塊27采用型號為STM32F103RDT6的STM32系列單片機，用于檢測實驗結(jié)果是否正確；語音模塊15采用芯片NVO80c,其電路原理圖如圖13所示,NVO80c的3引腳與實驗結(jié)果檢測模塊27的36引腳連接。實驗結(jié)果檢測模塊27與單片機2的單片機型號和單片機引腳序列相同，實驗結(jié)果檢測模塊27的各引腳與單片機2的各引腳分別對應(yīng)連接。通過單片機2下載程序，得出實驗結(jié)果，實驗結(jié)果檢測模塊27進行實驗結(jié)果檢測。當(dāng)實驗結(jié)果正確時，實驗結(jié)果檢測模塊27輸出信號，語音模塊15控制揚聲器16發(fā)出“實驗成功”的語音。當(dāng)實驗結(jié)果錯誤時，實驗結(jié)果檢測模塊27輸出信號，語音模塊15控制揚聲器16發(fā)出“實驗失敗”的語音。

本實用新型C51系列單片機為核心進行操作，有16種單片機實驗教學(xué)演示功能，有藍(lán)牙模塊14、WiFi模塊12和物聯(lián)網(wǎng)模塊13實現(xiàn)不同的單片機教學(xué)開發(fā)板之間的信息互通。使用者通過單片機開發(fā)板可做16種不同的實驗，然后再通過無線通信技術(shù)數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器上。與此同時，本實用新型還具有自動檢測實驗結(jié)果的功能，使用者進行單片機開發(fā)板實驗后，單片機教學(xué)開發(fā)板可自動的檢測實驗結(jié)果是否正確，并通過揚聲器16進行語音播報。