一種模塊化單片機(jī)綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化單片機(jī)綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱及其應(yīng)用，屬于教學(xué)儀器的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O端口、中斷系統(tǒng)和定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等電子元件(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如今單片機(jī)已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，起著不可替代的作用，所以對(duì)于單片機(jī)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握變得非常重要，而做單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是單片機(jī)學(xué)習(xí)中尤為重要的一部分。
[0003]對(duì)于以往的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，大多采用一體化設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者需要在一整塊大電路板上進(jìn)行多種操作，需要外接大量導(dǎo)線，容易接線錯(cuò)誤的同時(shí)，操作也較為復(fù)雜，不利于實(shí)驗(yàn)者理解單片機(jī)的工作方式和各個(gè)模塊的之間的控制通信；而且，由于單片機(jī)的1口有限，在同一電路板上能涉及到的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容非常有限；另外，傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱需要外帶演示的時(shí)候也不方便。針對(duì)單片機(jī)試驗(yàn)箱的上述不足，現(xiàn)有的解決方法是將單片機(jī)進(jìn)行模塊化，可拆卸的安裝在單片機(jī)總模塊上，從而提高單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱使用的靈活性；但是，此種設(shè)計(jì)的單片機(jī)試驗(yàn)箱大多是采用香蕉插頭或者牛角插頭，與單片機(jī)總模塊連接，連接的時(shí)候不方便，反復(fù)拔插的插頭和插口容易損壞，而且，單片機(jī)模塊都是一塊小電路板，要想將小電路板上的插頭插到另一塊板子上，很難對(duì)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模塊化單片機(jī)綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱，該試驗(yàn)箱通過在母電路板的凹槽中設(shè)置凸起彈片，在子電路板的邊緣設(shè)置有與凸起彈片相應(yīng)的缺口，子電路板嵌入設(shè)置在所述凹槽內(nèi)，凸起彈片卡入所述缺口內(nèi)與所述金屬片連接；不僅克服了傳統(tǒng)單片機(jī)綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱小電路板安裝時(shí)難對(duì)準(zhǔn)的缺陷，而且有效避免了反復(fù)拔插的插頭和插口容易損壞的問題。
[0005]本發(fā)明還提供一種將上述模塊化單片機(jī)綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種模塊化單片機(jī)綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱，包括箱體、母電路板和子電路板；所述母電路板設(shè)置有多個(gè)與子電路板大小相應(yīng)的凹槽，所述凹槽的側(cè)壁上設(shè)置有凸起彈片，所述凸起彈片之間通過母電路板上網(wǎng)絡(luò)銅膜連接；子電路板的邊緣設(shè)置有與凸起彈片相應(yīng)的缺口，缺口內(nèi)設(shè)置有與網(wǎng)絡(luò)銅膜相連的金屬片；子電路板嵌入設(shè)置在所述凹槽內(nèi)，凸起彈片卡入所述缺口內(nèi)與所述金屬片連接；所述母電路板和子電路板設(shè)置在箱體內(nèi)。
[0008]此處的網(wǎng)絡(luò)銅膜相當(dāng)于總線，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K做成可拆卸的子電路板，每個(gè)子電路板可以在母電路板上自由拔插更換位置，母電路板的各個(gè)凸起彈片已通過網(wǎng)絡(luò)銅膜相互連接，無需外接總線，省去了連接線的繁雜，不僅生產(chǎn)成本低，而且利于提高實(shí)驗(yàn)效果，便于操作，易于操作者理解。
[0009]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述凸起彈片是銅凸起彈片，所述銅凸起彈片兩兩連接。銅質(zhì)的導(dǎo)電性良好，韌性也好，這樣可以保證母電路板和子電路板之間接觸緊密，不虛接；避免給使用者帶來不必要的麻煩；兩兩連接保證了任意兩個(gè)凸起彈片都能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)連通，提高了實(shí)驗(yàn)箱使用的方便和靈活性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述凹槽的個(gè)數(shù)是4個(gè)。這樣不僅使得母電路板的空間得到了充分合理的利用，而且還可以滿足使用者做各種實(shí)驗(yàn)的要求，不用在試驗(yàn)中重新插拔子電路板。
[0011]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述子電路板包括核心子板(MCU)、并行1擴(kuò)展子板(P1)、存儲(chǔ)器與實(shí)時(shí)時(shí)鐘擴(kuò)展子板(Memory&RTC)、矩陣鍵盤與LED數(shù)碼管顯示擴(kuò)展子板(Key&LED);所述核心子板上設(shè)置有CPU座、晶振插座和輸出電壓是+5V、_5V、+ 12V的電源轉(zhuǎn)換電路；所述并行1擴(kuò)展子板(P1)包括74LS373擴(kuò)展并行1 口、74LS164和74LS164串行轉(zhuǎn)并行1 口、PCF8574I2C轉(zhuǎn)并行1 口、8255擴(kuò)展并行1 口、8位撥碼開關(guān)1信號(hào)輸入電路、8位LED 1信號(hào)輸出、3X4紅綠黃三色LED交通信號(hào)燈指示電路。此處設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于，核心子板可以接多種型號(hào)單片機(jī)，和多種晶振，也可以連接仿真器進(jìn)行調(diào)試；+5V，-5V，+12V電壓可滿足在箱體外做實(shí)驗(yàn)時(shí)的需要。
[0012]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)器與實(shí)時(shí)時(shí)鐘擴(kuò)展子板(Memory&RTC)包括存儲(chǔ)器(Memory)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC);所示存儲(chǔ)器(Memory)包括RAM 62256、程序存儲(chǔ)器EEPROM W27C512、串行E2PR0M 24C02、SD卡接口、接觸式IC卡接口 ；所述存儲(chǔ)器與實(shí)時(shí)時(shí)鐘擴(kuò)展子板(Memory&RTC)包括并行接口的DS12887芯片和串行接口的PCF8563。
[0013]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述矩陣鍵盤與LED數(shù)碼管顯示擴(kuò)展子板(Key&LED)包括靜態(tài)LED、動(dòng)態(tài)鍵盤掃描和LED顯示電路；所述靜態(tài)LED包括74LS164和兩片⑶4511，所述74LS164和兩片⑶4511構(gòu)成雙B⑶碼顯示；動(dòng)態(tài)鍵盤掃描和LED顯示電路包括HD7279、6X4行列鍵盤和6位八段LED數(shù)碼管。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述子電路板還包括LCD液晶顯示與LED點(diǎn)陣擴(kuò)展子板(IXD)、模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換擴(kuò)展子板(AD&DA)、傳感器擴(kuò)展子板(Sensor)、驅(qū)動(dòng)器擴(kuò)展子板(Driver)、通信擴(kuò)展子板(Communicat1n)、音頻擴(kuò)展子板(Aud1)、波形發(fā)生器擴(kuò)展子板(Wave Generat1n)和IC卡及射頻卡讀卡子板(Card Reader);所述IXD液晶顯示與LED點(diǎn)陣擴(kuò)展子板(IXD)包括字符型IXD1602顯示模塊、帶漢字字庫(kù)的點(diǎn)陣型IXD 12864顯示模塊和16X X16LED點(diǎn)陣模塊；所述模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換擴(kuò)展子板(AD&DA)提供并行ADC0809和串行AD7810兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換電路、并行DAC0832和串行TLC5615、兩個(gè)DA轉(zhuǎn)換電路和O?5V可調(diào)電位生成電路；所述傳感器擴(kuò)展子板(Sensor)包括紅外對(duì)管、紅外熱釋電、超聲測(cè)距、DS18B20測(cè)溫、HSllOl測(cè)濕度、DHTll測(cè)溫濕度傳感器；所述驅(qū)動(dòng)器擴(kuò)展子板(Driver)包括型號(hào)為L(zhǎng)298N直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，型號(hào)為L(zhǎng)298N直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)直接配置，或者外接；所述驅(qū)動(dòng)電路包括繼電器電路和LM386N-1音頻功放電路，所述繼電器輸出電路負(fù)載能力為10A ;所述通信擴(kuò)展子板(Communicat1n)包括485總線，PT2272無線遙控，nRF2401 無線通信，SJA1000T CAN 總線，CH375USB Device 和 USB Host，W5100 以太網(wǎng)通信接口 ；所述音頻擴(kuò)展子板(Aud1)具有ISD1760語音錄放電路、VS1003MP3播放電路；所述波形發(fā)生器擴(kuò)展子板(Wave Generat1n)具有ICL8038方波、三角波、正弦波信號(hào)發(fā)生電路，頻率范圍為20?20KHz，以NE555為中心的脈沖與鋸齒波生成電路，脈沖高電平與低電平，鋸齒波的上升沿和下降沿都是獨(dú)立可調(diào)的，頻率范圍為20?20KHz，占空比范圍為I %?99%，所有波形輸出幅度可調(diào)(O?5V)，三角波，鋸齒波基礎(chǔ)電平可調(diào)(-2.5V?0V)；所述IC卡及射頻卡讀卡子板(Card Reader)可以讀寫接觸式IC卡，非接觸式高頻RFIDIS04443A/B 卡。
[0015]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)(最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A，額定功率25W)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述母電路板設(shè)置有電源防反電路、保險(xiǎn)絲和拓展接口。電源防反電路、保險(xiǎn)絲保證用電安全；所述拓展接口用于拓展連接更多子電路板和連接其他外連設(shè)備。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述箱體內(nèi)設(shè)有泡沫凹槽和配件槽。此處設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，可將實(shí)驗(yàn)中用不到的子電路板暫時(shí)存放在泡沫凹槽內(nèi)，這樣既可以合理利用箱體內(nèi)空間，使箱體變得更加小巧，便于攜帶，并且泡沫材質(zhì)的凹槽也可以起到抗摔