专利名称：多功能单片机实验开发板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单片机实验开发装置，特别是一种多功能单片机实验开 发板。用于单片机实验教学、单片机产品开发领域。
背景技术：
近年来，单片机技术以前所未有的势头迅猛发展。在生产与技术开发领 域，成为电子技术、自动化技术、计算机技术、检测技术和通信技术中的一 个重要的开发工具。市场对从事单片机开发人员的需求非常迫切，这也对单 片机教学和实践提出了更高的要求。
单片机系统具有"硬件决定软件，程序基于硬件"的特点。在外表上实 现相同功能的系统，其硬件设计往往有多种形式，系统软件的设计也不相同。 在单片机的学习和相关产品的开发过程中，单片机实验板起着非常重要的作 用。传统的单片机实验板透明度不高，实验板上的芯片、接口都是固定连接 的，硬件只需要很少连接，甚至不需要连接，就能直接进行编程设计。这就 把单片机以硬件为主，软硬结合的训练变相地转化成了纯软件的训练。因此 这种实验板的兼容性不强，灵活性有限，不能很好地满足单片机教学实验的 要求，也很难作为单片机产品的开发板使用。
发明内容
本发明的目的是为了使学习者在硬件设计和软件设计方面全面得到真正 训练和学习而提供的一种多功能单片机实验开发板。该板一改以往的固定线 路、固定接口、固定芯片的模式，对板上的硬件资源采用了全部开放的结构， 提供了比较丰富的接口以及众多构成单片机系统最常用的、同时也是最基本 的外围功能电路。板上的单片机引脚全部开放，同时将单片机系统中最常用的显示、按键、键盘等都作为独立的开放单元模块，其连接信号接口和电源 接口也是开放的。这样学习者就可以非常灵活地构建自己的系统，并且可以 作为单片机产品的开发板使用。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种多功能单片机实验开发板，板体上设置有系统电源、MCU座和外围 功能模块单元三部分；系统电源包括电源指示灯、极性保护电路、开关、集 成稳压器7805、电源滤波电容；MCU座包括40引脚锁紧插座、短路排、ISP 下载接口、 JTAG接口；外围功能模块单元包括LED发光二极管、LCD液晶显 示器接口、 8段LED数码管显示电路、可调直流电压源、LED点阵显示模块、 矩阵键盘、独立按键、功率驱动、系统时钟电路、RC滤波电路、方波脉冲发 生器、扩展插座、无源蜂鸣器、外部复位电路、RS232串行接口单元；各部 件及外围功能模块单元的输入输出引脚均设置有接线孔；其中MCU座的6、 7、 8、 9管脚通过短路排与2X5针的ISP下载接口连接；MCU座的24、 25、 26、 27管脚通过短路排与2X5针的JTAG接口连接；MCU座的12、 13、 18、 19管脚通过短路排与系统时钟电路的XI、 X2连接；MCU座的9管脚通过短路 排与外部复位电路的短路排连接；系统电源的+5V和GND分别与各外围功能 模块单元的电源和接地端连接；各外围功能模块单元工作方式通过短路排跳 线选择。
所述板体上设有数个40引脚锁紧插孔。 所述各外围功能模块单元之间通过接线孔用导线插接。 本发明中各外围功能模块单元相对独立，不仅可以增加更多的设计性实 验内容，提高实验技术水平，而且可以加强硬件动手部分的训练，启发使用 者的创造性、发散性思维，更能针对个体的兴趣，选择不同类型和深度的设计性、综合性实验内容，使不同程度的学习者在实验中既掌握了单片机课程 的基础，又提高了综合设计能力和工程应用水平。另外，还可以作为一些单 片机产品设计的开发板供研发人员使用。
图1为本发明结构示意图
图2为系统电源原理图
图3为MCU座连接原理图 图4为LED发光二极管连接原理图 图5为LCD液晶显示器接口连接原理图 图6为8段LED数码管显示电路连接原理图 图7为可调直流电压源连接原理图 图8为LED点阵显示模块连接原理图 图9为矩阵键盘连接原理图 图10为独立按键连接原理图 图11为功率驱动连接原理图 图12为系统时钟电路连接原理图 图13为RC滤波电路连接原理图 图14为方波脉冲发生器连接原理图 图15为扩展插座连接原理图 图16为无源蜂鸣器连接原理图 图17为外部复位电路连接原理图 图18为RS232串行接口单元连接原理图具体实施方式
实施例
下面以图1至图18为实施例，说明本发明的结构特征，技术性能和效果。
参阅图1，本实施例中，本发明是在板体设置系统电源1、 MCU座2和15 个外围功能模块单元，15个外围功能模块单元包括LED发光二极管3、 LCD 液晶显示器接口 4、 8段LED数码管显示电路5、可调直流电压源6、 LED点 阵显示模块7、矩阵键盘8、独立按键9、功率驱动IO、系统时钟电路ll、 RC滤波电路12、方波脉冲发生器13、扩展插座14、无源蜂鸣器15、外部复 位电路16、 RS232串行接口单元17;板体上设有数个40引脚锁紧插孔。
参阅图2，系统电源1可以在8-12V输入电压范围内提供高稳定的5V/1A 的系统电源，配有电源指示灯、极性保护电路及开关。 一般工作时，输入电 压为9V;系统电源部分采用U1为实验板工作提供需要的5V/1A电源；另外， 板上还有多个高、低频电源滤波电容。
参阅图3， MCU座2包括两个40引脚锁紧插座、短路排、ISP下载接口、 JTAG接口；其中一个40引脚插座与6组短路排(JU1)、 2组短路排(X2和 Xl)、 JU2—GND和JU3—VCC配合，构成通用51系列40引脚单片机兼容的方 式，适用于AT89S5x系列单片机和ATmega8515单片机；另一个40引脚插座 与10座短路排(JU4)、 3组短路排(JU7)、 4组短路排JU8配合，适用于 ATmegal6、 ATmega8535和ATmega32单片机。另外， 一边设计了 2X5针的ISP 下载接口 ，用于配合与STK200/300兼容的ISP下载线实现对AT89S5x和AVR 单片机进行程序下载和熔丝位的配置；另一边设计了 2X5针的JTAG接口， 用于配合使用专用的JTAG仿真器实现对含有JTAG接口的AVR单片机进行在 片实时仿真调试，以及程序下载和熔丝位的配置。由于两个插座引脚是全部 开放的，当其中一个插座插入单片机后，另一个就可以作为扩展插座使用，例如插入DIP封装的EEPR0M芯片24C256做I2C通信实验等。
图4至图18为本实施例15个外围功能模块单元连接原理图。 参阅图4， LED发光二极管3包括8路LED发光二极管，用于输出显示。 参阅图5， LCD液晶显示器接口 4为标准2X 16字符的LCD液晶显示器
接口，同时还兼容3310图像液晶显示器接口。
参阅图6， 8段LED数码管显示电路5包括8位8段LED数码管显示电
路，采用共阴极连接，动态扫描方式点亮。
参阅图7，可调直流电压源6是由精密电位器与电源组成的0-5V的可调
直流电压源，作为ADC的输入电压源，用于实现A/D转换、直流电压表、模
拟温度计等实验。
参阅图8， LED点阵显示模块7是一个8X8LED点阵显示模块，可用于
进行点阵字符、小型广告屏、各种指示器等实验。
参阅图9，矩阵键盘8为4X3矩阵键盘，用于键盘输入信息等。 参阅图IO，独立按键9包括4个独立按键，用于按键输入、外部中断输
入、复位按键等。
参阅图11，功率驱动10为7路300mA功率驱动，用于驱动小型步进电 机、继电器等。
参阅图12，系统时钟电路11包括1个4MHz和1个11. 0592MHz晶体， 可以为单片机提供不同的外部时钟。
参阅图13， RC滤波电路12是由电阻和电容组成的一个滤波电路，可以 用于对P丽输出的平滑。
参阅图14，方波脉冲发生器13使用一个2. 048MHz的晶体振荡器，经过 CD4060分频提供125Hz 128kHz、占空比为50%的10种频率方波脉冲信号，作为频率、周期测量实验的输入信号。
参阅图15，扩展插座14包括1个40引脚窄型扩展座和1块标准PCB
板，用于扩展和插入其他外围芯片。
参阅图16，无源蜂鸣器15主要用于声音的输出。
参阅图17，外部复位电路16通过短路片提供两种复位方式，以满足不 同系列单片机复位电平不同的要求。
参阅图18， RS232串行接口单元17通过MAX202电平转换，连接单片机 的USART口，实现与外部的串行通信。
本发明可以兼容部分AVR系列和51系列单片机的实验和开发，单片机所 有的基本功能和单元实验包括I/0使用、ADC、时钟、中断、P丽、键盘、按 键、LED、 LED数码管、LCD显示、测频率、测周期、功率驱动、蜂鸣器、RS232 等都可以在板上实现。如果将这些单元有机组合，还可以实现一些实际电子 产品的设计。本发明用于单片机教学实验，不仅可以增加更多的设计性实验 内容，提高实验技术水平，而且可以加强硬件动手部分的训练，启发使用者 的创造性、发散性思维，更能针对个体的兴趣，选择不同类型和深度的设计 性、综合性实验内容，使不同程度的学习者在实验中既掌握了单片机课程的 基础，又提高了综合设计能力和工程应用水平，可以广泛应用于单片机实验 教学和产品开发中。
权利要求
1. 一种多功能单片机实验开发板，其特征在于板体上设置有系统电源(1)、MCU座(2)及数个外围功能模块单元即LED发光二极管(3)、LCD液晶显示器接口(4)、8段LED数码管显示电路(5)、可调直流电压源(6)、LED点阵显示模块(7)、矩阵键盘(8)、独立按键(9)、功率驱动(10)、系统时钟电路(11)、RC滤波电路(12)、方波脉冲发生器(13)、扩展插座(14)、无源蜂鸣器(15)、外部复位电路(16)、RS232串行接口单元(17)；各部件及外围功能模块单元的输入输出引脚均设置有接线孔；所述MCU座(2)包括40引脚锁紧插座、短路排、ISP下载接口、JTAG接口；其中MCU座(2)的6、7、8、9管脚通过短路排与2×5针的ISP下载接口连接；MCU座(2)的24、25、26、27管脚通过短路排与2×5针的JTAG接口连接；MCU座(2)的12、13、18、19管脚通过短路排与系统时钟电路(11)的X1、X2连接；MCU座(2)的9管脚通过短路排与外部复位电路(16)的短路排连接；系统电源(1)的+5V和GND分别与各外围功能模块单元的电源和接地端连接；各外围功能模块单元工作方式通过短路排跳线选择。
2、 根据权利要求1所述的多功能单片机实验开发板，其特征在于所述板 体上设有数个40引脚锁紧插孔。
3、 根据权利要求1所述的多功能单片机实验开发板，其特征在于各外围 功能模块单元之间通过接线孔用导线插接。
全文摘要
本发明公开了一种多功能单片机实验开发板，应用于单片机实验教学和单片机产品开发等领域，其特点是板体上设置有系统电源、MCU座及数个外围功能模块单元即LED发光二极管、LCD液晶显示器接口、8段LED数码管显示电路、可调直流电压源、LED点阵显示模块、矩阵键盘、独立按键、功率驱动、系统时钟电路、RC滤波电路、方波脉冲发生器、扩展插座、无源蜂鸣器、外部复位电路、RS232串行接口单元；各个外围功能模块单元相对独立，可以根据设计需要进行灵活组合；板体上设有数个40引脚的锁紧插孔，可以兼容多个系列的单片机，可以广泛应用于单片机实验教学和产品开发中。
文档编号G09B25/00GK101281697SQ20081003826
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者刘中元, 李庆利, 豫 金, 潮 马 申请人:华东师范大学