一种基于51单片机插针插孔结合的综合能力实训平台的制作方法

1.本实用新型涉及教学实训用单片机平台，具体是一种基于51单片机插针插孔结合的综合能力实训平台。


背景技术：

2.目前单片机在各种工业控制系统中使用广泛。在教学上，教师通过语言给学生讲解有关的理论知识，但是理论知识和动手实践会存在各种不同，尤其在对硬件调试中会遇到各种的麻烦，所以要给学生一个结合理论进行实践的实训平台是有必要的。
3.51单片机是最简单的单片机，对于入门者来说在学好51单片机后，就可以去学习更加高级和更有深度的单片机了。目前的实验箱、实验板或实训平台存在着各种各样的问题：1、虽然是模块化，但是模块数量相对较少且均为零散的器件，缺少芯片，无法通过实践熟练应用各种芯片；2、使用周期较短，可维护、可更换性差，芯片直接焊接在板子上，芯片一旦损坏，某些实验就不能进行；3、使用at系列51单片机需要外接专用下载器或采用两块核心板，不够简易，使用不便；4、硬件连接是固定的，使用者无法根据需求改变其硬件电路，无法通过实践实现有效学习。
4.申请号201710402527.0的文献公开了一种基于单片机及嵌入式的实训平台系统，可用于多种单片机且模块多样，但是使用不同的51单片机需要更换核心板，需要重新连接，且下载方式也需要更换，连接不便，而且五个核心板放在实验板上必然会增大实验板的面积，同时外围模块的数量也有一定的减少。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种基于51单片机插针插孔结合的综合能力实训平台。
6.本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于51单片机插针插孔结合的综合能力实训平台，其特征在于该平台包括印刷电路板pcb和面包板模块；所述印刷电路板pcb上设置有核心电路和外围电路；外围电路通过核心电路来进行控制并实现相应功能；所述核心电路包括单片机最小系统和选择下载电路及usb供电电路；所述外围电路包括独立按键、通信模块、温度传感器模块、串转并模块、晶体管阵列、并转串模块、达林顿晶体管、八输入与非门、八位缓冲器、八输入触发器、四路光电耦合器、显示模块、超声波传感器模块、热电阻温度传感器模块、键盘模块、3
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8译码器、595锁存器、4
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16译码器、发光二极管模块、运放模块、上拉电阻模块、转接口模块、或门模块、时钟电路、拨码开关模块、分频器模块、i/o扩展模块、继电器模块、霍尔传感器模块、蜂鸣器模块、三色灯模块、四位共阴极共阳极数码管、点阵模块、精密可调电阻、573锁存器、dac转换模块、373锁存器、adc转换模块、电阻模块和串口模块。
7.与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：
8.1、采用插针与插孔相结合的方式，有利于连接的稳固，减小接触不良的可能，使用
简便，易于操作。各个模块芯片及部件功能引脚均由插针和插孔配合引出，连接线不会出现长度不够的情况，增加了安装及调试的便利性；相对于只采用插针的方式，引脚间接线更清晰更快速；相对于杜邦线连接更加紧固、耐用，减小接触不良的可能；每个引脚均配有对应的标注，使用者能够快速认知本平台的各个模块的功能及引脚分布，操作方便，易上手。
9.各个模块芯片及部件功能引脚通过插针和用于k2系列(k2a33)插头的插孔插接在芯片底座或器件插针座上，并通过芯片底座或器件插针座固定在平台电路板上，实现引脚的全部引出。
10.2、具有一定的集成性。因为stc系列51单片机和at系列51单片机的下载方式截然不同，at系列51单片机还需要专用的下载器，下载方式复杂。本平台分别接入at和stc两种核心芯片，每种芯片都配有相应的下载电路，无需另外的下载器；且将两种下载电路集成在一个isp(in
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system programming在系统可编程)下载电路里，只需要通过更改跳线帽接入位置就能切换到相应的下载电路，切换更为方便快捷，减少占用区域，实现了集成化。
11.3、全面的外围电路，功能模块齐全。本平台上通过面包板模块自行扩展所需功能组件，不再局限于板载资源，且面包板模块与平台共电源和共地，可用于其它实验的需求，应用更加广泛。还加入了超声波传感器模块、霍尔传感器模块和热电阻温度传感器模块这三种比较常见和常用的传感器模块，扩展了可进行的实验项目。外围电路的模块之间可以进行不同的结合，结合出各种的实验，实现了实验种类的多样性。
12.4、有效实现了动手实践。本平台只是将下载电路的硬件进行了连接。单片机和外围芯片的引脚的实际连接和操作需要使用者自主完成，熟悉了连接过程以及过程中出现的问题，使用者可自主连接所需的器件，实现了平台的实践价值。
13.5、使用周期长，维护性强。若模块出现问题可自行更换，具有较强的可维护性。
14.6、具有基于485协议和rs232串口的系统外部扩展和通信方式，保证了系统的可扩展性。
15.7、采用同一个usb供电电路供电且在usb接口前设置了一个开关，通过打开电源开关和更改跳线帽接入位置来为单片机最小系统和相应的下载电路及外围电路供电，并且给单片机单独设置了一个电源开关。
16.8、转接口模块具有两排vcc和gnd的连接孔用于连接线过短以及多根线需接在同一个接口上的情况。
附图说明
17.图1为本实用新型的整体模块分布图；
18.图2为本实用新型的usb供电电路的电路图；
19.图3为本实用新型的stc系列51单片机usb程序下载电路的电路图；
20.图4为本实用新型的at系列51单片机usbasp程序下载电路的电路图；
21.图5为本实用新型的热电阻温度传感器模块的电路图；
22.图6为本实用新型的霍尔传感器模块的电路图。
具体实施方式
23.下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新
型，不限制本技术权利要求的保护范围。
24.本实用新型提供了一种基于51单片机插针插孔结合的综合能力实训平台(简称平台)，其特征在于该平台包括印刷电路板pcb和面包板模块15；所述印刷电路板pcb上设置有核心电路和外围电路；外围电路通过核心电路来进行控制并实现相应功能；所述核心电路包括单片机最小系统1和选择下载电路及usb供电电路2；所述外围电路包括独立按键3、通信模块4、温度传感器模块5、串转并模块6、晶体管阵列7、并转串模块8、达林顿晶体管9、八输入与非门10、八位缓冲器11、八输入触发器12、四路光电耦合器13、显示模块14、超声波传感器模块16、热电阻温度传感器模块17、键盘模块18、3
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8译码器19、595锁存器20、4
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16译码器21、发光二极管模块22、运放模块23、上拉电阻模块24、转接口模块25、或门模块26、时钟电路27、拨码开关模块28、分频器模块29、i/o扩展模块30、继电器模块31、霍尔传感器模块32、蜂鸣器模块33、三色灯模块34、四位共阴极共阳极数码管35、点阵模块36、精密可调电阻37、573锁存器38、dac转换模块39、373锁存器40、adc转换模块41、电阻模块42和串口模块43。
25.所述单片机最小系统1包括stc系列51单片机、at系列51单片机、晶振电路、复位电路和单片机各个接口引出的插针和插孔。
26.所述选择下载电路及usb供电电路2包括usb供电电路、stc系列51单片机usb程序下载电路和at系列51单片机usbasp程序下载电路，用于整个平台供电及程序下载；usb供电电路同时连接stc系列51单片机usb程序下载电路和at系列51单片机usbasp程序下载电路，usb供电电路与跳线帽连接，通过更改跳线帽的接入位置来选择相应的单片机的下载电路；stc系列51单片机连接stc系列51单片机usb程序下载电路，at系列51单片机连接at系列51单片机usbasp程序下载电路；
27.所述usb供电电路的电路构成是(参见图2)：假定usb接口的4个引脚中1号引脚为电源，则2号引脚为d
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，3号引脚为d ，4号引脚为电源地；usb接口的gnd端与gnd相连；电容j2c1的引脚1、电解电容j2c2的引脚1接usb接口的vcc端，电容j2c1的引脚2和电解电容j2c2的引脚2均接gnd；保险丝f1的引脚1接电解电容j2c2的引脚1，保险丝f1的引脚2接开关sw的引脚1，开关sw的引脚2接电阻j2r1的引脚1；电阻j2r1的引脚2接发光二极管led1的正极，发光二极管led1的负极接地；开关sw的引脚2作为vcc与三位接线端子j2的引脚2相连，三位接线端子j2的引脚1和引脚3分别作为at系列51单片机和stc系列51单片机的供电电源，分别记为vcc_at和vcc_stc；vcc_at端接电阻j2r2的引脚1，再通过j2r2的引脚2接发光二极管led2的正极，发光二极管led2的负极接地；vcc_stc端接电阻j2r3的引脚1，再通过j2r3的引脚2接发光二极管led3的正极，发光二极管led3的负极接地；通过跳线帽分别连接三位接线端子j2的vcc_at端和引脚2，实现对at系列51单片机usbasp程序下载电路供电；通过跳线帽分别连接三位接线端子j2的引脚2和vcc_stc端，实现对stc系列51单片机usb程序下载电路供电；其中j2r1、j2r2和j2r3的阻值为1kω，电解电容j2c2的容值为10μf，电容j2c1的容值为0.1μf。
28.所述stc系列51单片机usb程序下载电路的电路构成是(参见图3)：电解电容stcc3的引脚1、电容stcc4的引脚1和ch340芯片的vcc引脚接usb供电电路的三位接线端子j2的vcc_stc端；电解电容stcc3的引脚2、电容stcc4的引脚2、电容stcc5的引脚2和ch340芯片的gnd引脚均接gnd；电容stcc5的引脚1接ch340芯片的v3引脚；usb供电电路的usb接口的d
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端
接ch340芯片的vd
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引脚，usb供电电路的usb接口的d 端接ch340芯片的vd 引脚，ch340芯片的x0和x1引脚分别接晶振y1的引脚1和引脚2，晶振y1的引脚1连接到电容stcc7的引脚2，晶振y1的引脚2连接电容stcc6的引脚1，stcc6的引脚2和stcc7的引脚1相连且均接地；ch340芯片的txd引脚接肖特基二极管ch340d3的负极，肖特基二极管ch340d3的正极与stc系列51单片机的rxd(p3.0)引脚相连；ch340芯片的rxd引脚接电阻stcr4的引脚1，电阻stcr4的引脚2接stc系列51单片机的txd(p3.1)引脚；其中电解电容stcc3的容值为22μf，电容stcc4的容值为0.1μf，电容stcc5的容值为0.01μf，电容stcc6和stcc7的容值均为22pf，晶振y1为12mhz，stcr4的阻值为1kω。
29.所述at系列51单片机usbasp程序下载电路的电路构成是(参见图4)：usb供电电路的usb接口的d
‑
接开关二极管atd1的负极、电阻atr5的引脚1和电阻atr6的引脚1，开关二极管atd1的正极接地，电阻atr5的引脚2接usb供电电路的三位接线端子j2的vcc_at端，电阻atr6的引脚2接atmega8a芯片的pb0引脚；usb供电电路的usb接口的d 接开关二极管atd2的负极和电阻atr7的引脚1，开关二极管atd2的正极接地，电阻atr7的引脚2接atmega8a芯片的pb1和pd2引脚；atmega8a芯片的三个gnd引脚接地，两个vcc引脚、avcc引脚和aref引脚接usb供电电路的三位接线端子j2的vcc_at端，atmega8a芯片的pb6和pb7引脚分别接晶振y2的引脚1和引脚2，晶振y2的引脚1连接电容atc8的引脚2，晶振y2的引脚2连接电容atc9的引脚2，电容atc8的引脚1和电容atc9的引脚1相连且均接地；atmega8a芯片的pc1引脚接发光二极管led4的负极，atmega8a芯片的pc0引脚接发光二极管led5的负极，发光二极管led4的正极接电阻atr9的引脚1，发光二极管led5的正极接atr10引脚1，电阻atr9的引脚2和电阻atr10的引脚2相连且均接usb供电电路的三位接线端子j2的vcc_at端；atmega8a芯片的pc6接二位接线端子j1的引脚1，atmega8a芯片的pd2接电阻atr8的引脚2，电阻atr8的引脚1接usb供电电路的三位接线端子j2的vcc_at端；二位接线端子j1的引脚2接atmega8a芯片的pb2引脚；atmega8a芯片的reset、sck、mosi和miso引脚分别接at系列51单片机的reset、p1.6、p1.5和p1.7引脚；电容c10的一侧接usb供电电路的三位接线端子j2的vcc_stc端，另一端接usb供电电路的三位接线端子j2的vcc_at端，用于对两个电源进行滤波，降低电源之间的干扰；其中atr5的阻值为2.2kω，atr6和atr7的阻值为68ω，atr8的阻值为10kω，atr9和atr10的阻值为1kω，电容atc8和atc9的容值为27pf；电容c10的容值为0.1μf；晶振y2为12mhz；开关二极管atd1和atd2选用1n4148型号。
30.独立按键3采用8个四脚按键，可以用于相应的控制实验；
31.通信模块4为485通信方式，所用核心芯片为max487，用户可以通过485总线的方式进行通信和扩展；
32.温度传感器模块5包括ds18b20型温度传感器和ad590型温度传感器，可选择一个来进行测温；ad590型温度传感器输出电流与绝对温度成比例，通过输出的电流来测量温度，测量精度高，用于工业应用；ds18b20型温度传感器直接输出数字信号，温度范围大，用于常规测量；
33.串转并模块6采用74ls164芯片，最多可以实现2位串行输入和16位并行输出；
34.晶体管阵列7采用两个uln2803芯片，uln2803芯片为8位驱动器；
35.并转串模块8采用74ls165芯片，可以实现16位并行输入和2位串行输出；
36.达林顿晶体管9采用两个uln2003芯片，uln2003芯片为7位数据的驱动器；
37.八输入与非门10采用74ls30芯片(正逻辑)，用户可将8个输入信号进行逻辑与再逻辑非的运算后，输出1个信号；
38.八位缓冲器11采用74ls244芯片，用户可通过8个数据输入端输入数据，数据会以四位二进制形式输出；
39.八输入触发器12采用74ls273芯片，8位数据/地址锁存器，用户可以通过其对当前所显示的数据进行操作；
40.四路光电耦合器13采用tlp521
‑
4芯片，最多可用于4路信号输入和输出，可以提高信号的稳定性；
41.显示模块14包括号lcd1602型显示器和lcd12864型显示器，均可用于数据显示，且lcd12864型显示器可用于汉字和图形显示；
42.面包板模块15接有电源，方便用户自行扩展如直流电机等设备而不用局限于板载资源；
43.超声波传感器模块16采用hc
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sr04型超声波传感器；
44.热电阻温度传感器模块17采用pt100热电阻温度传感器，运用导体的阻值会随温度的变化而变化的原理来测量温度；使用稳压芯片ref3030给热电阻温度传感器模块供电；
45.所述热电阻温度传感器模块17的电路构成是(参见图5)：ref3030芯片的vin端接vcc再与wd_c1的引脚2连接再通过wd_c1的引脚1连接到gnd；ref3030芯片的vout端接wd_r1的引脚1和wd_r2引脚1，wd_r1的引脚2再与pt100的引脚2连接同时与wd_r4引脚1连接再通过wd_r4引脚2连接到wd
‑
lm340的引脚2上同时与wd_r6的引脚1连接，wd_r6引脚2连接到输出out端；wd_r2的引脚2分别连接wd_r3的引脚1和wd_r5的引脚1，wd_r3的引脚2连接到gnd，wd_r5引脚2连接到wd
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lm340的引脚1上，同时wd_r5引脚2连接到上拉电阻wd_r7的引脚2，wd_r7的引脚1连接到vcc；ref3030芯片的gnd端接gnd；pt100的引脚1接gnd；其中wd_r1、wd_r2、wd_r3、wd_r4和wd_r5为1k电阻，wd_r6和wd_r7为100k电阻；wd_c1是0.1μf的电容。
46.键盘模块18采用4
×
4的键盘，共16个四脚开关，可以根据硬件电路连接做矩阵键盘使用，也可以单独接出一个按键做独立按键使用；
[0047]3‑
8译码器19采用74ls138或74hc138芯片，可以实现三线到八线的数据译码转换；
[0048]
595锁存器20采用两个74hc595芯片，每个74hc595型芯片可以实现7位数据的输入和锁存，例如用于数码管的数据驱动显示；
[0049]4‑
16译码器21采用74ls154或74hc154芯片，可用于把4位数据译码转换成16位输出；
[0050]
发光二极管模块22采用型号f3的led灯泡发光二极管，其直径为3mm，是由8个加装有限流电阻的发光二极管组成，每个发光二极管均标注有阳极和阴极；
[0051]
运放模块23采用四路运算放大器lm324芯片，结合光电耦合器使用，可以用来检测微弱信号；
[0052]
上拉电阻模块24采用10k的上拉排阻；
[0053]
转接口模块25包含8个1线转1线接口、4个1线转2线接口、2个8位上拉电阻，可解决由于杜邦线长度不够或某些实验时多根线需接在同一个接口上的接线问题以及实现某些器件并行数据口上拉；
[0054]
或门模块26采用74hc02芯片，可以实现逻辑或非的关系运算；
[0055]
时钟电路27采用ds1302芯片，其中包括1块外部电池、1个ds1302芯片、1个晶振和2个电容，可以用于显示时间的相应实验；
[0056]
拨码开关模块28采用8位拨码开关，可用于数字量输入实验，最多可用作16位二进制数输入，方便用户进行并转串、d/a转换等实验；
[0057]
分频器模块29采用74hc4040型芯片，可以实现从2到512的多级分频；
[0058]
i/o扩展模块30采用8255芯片，可以把单片机上的一个八位数据口扩展成三个八位数据口；
[0059]
继电器模块31采用两路继电器，且其输出端用接线端子连接；
[0060]
霍尔传感器模块32采用型号为acs712的电流型霍尔传感器；
[0061]
所述霍尔传感器模块32的电路构成是(参见图6)：acs712的vcc端接vcc再接712_c1的引脚1，712_c1的引脚2接gnd；acs712的viout引出到out端；acs712的filter端连接712_c2的引脚1，再通过712_c2的引脚2连接到gnd；acs712的gnd端接gnd；acs712的4个输入端并联为两个引出分别连接712_p1的引脚1和引脚2；其中712_c1为0.1μf的电容，712_c2为104电容。
[0062]
蜂鸣器模块33采用5v无源蜂鸣器，其两端均用插针引出，并标注蜂鸣器的正负；
[0063]
三色灯模块34采用led灯珠5050rgb，rgb三色灯是由两个贴片式红绿蓝三色可调二极管组成的；
[0064]
四位共阴极共阳极数码管35采用hs41056k
‑
d30和hs41056k
‑
32型号，均可以用作四位数据的显示；
[0065]
点阵模块36采用8
×
8的led点阵，用户可通过编程及搭建电路使其显示字符或图形；
[0066]
精密可调电阻37采用10k可调电阻；
[0067]
573锁存器38采用两个74hc573芯片，用于八位的数据锁存；
[0068]
dac转换模块39采用dac0832芯片，可用于d/a转换实验；
[0069]
373锁存器40采用74ls373芯片，为八位的数据锁存器，可以用来给dac转换模块39提供地址和数据锁存；
[0070]
adc转换模块41采用adc0809芯片，可用于a/d转换实验；
[0071]
电阻模块42采用两个1k电阻和一个0.5k电阻；
[0072]
串口模块43所用核心芯片为max232，分别接一个db9的公头和母头，且公头和母头的控制端均由插针引出，用户可以根据系统需要通过232总线的方式选择所需的端口。
[0073]
本实用新型未述及之处适用于现有技术。