基于stc单片机的便携式实验装置制造方法

xiaoxiao2020-06-24  2

专利名称:基于stc单片机的便携式实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于STC单片机的便携式实验装置,该装置包括:设置在线路板上的STC单片机模块、USB接口模块、按键输入模块、结果显示模块以及实验模块,STC单片机模块通过USB接口模块与实验PC机连接,按键输入模块、结果显示模块以及实验模块分别与STC单片机模块连接;实验模块包括红外通信单元、RS-485通信单元、霍尔传感器、振动传感器、步进电机驱动单元以及EEPROM存储器单元。本实用新型能够实现多种微机原理与接口实验,具体结构简单紧凑、制作成本低、使用及携带方便的优点。
【专利说明】基于STC单片机的便携式实验装置

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子应用技术的实验设备领域,尤其涉及一种基于STC单片机的便携式实验装置。

【背景技术】
[0002]微机原理与接口技术课程是计算机、电子、通信类专业在电子应用技术方面的基础课程,主要研宄微型计算机的组成、原理和外设接口,具有很强的实践性。微机原理与接口的设计处于计算机层次结构中的最底层,其属于计算机的内核,是构成计算机和其它数字系统的基础,因此要求学生不仅需要掌握基本原理,更重要的是需要锻炼学生的实际操作和动手能力。但是目前针对微机原理与接口实验大都采用面包板式的实验箱,其具有以下的问题:1)需额外配备下载线、电源线、串口线等,制作成本高,使得实验设备相对来说处于紧缺状态,实际教学过程中通常是由多个学生共同使用一台实验箱,无法满足目前创新性实践教学改革中每个学生一台实验箱的需求,不利于引导与促进学生参与实践训练的兴趣;2)所包含的资源有限,仅能进行特定的实验,无法满足多种实验课程的要求。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种结构简单紧凑、制作成本低、能够实现多种微机原理与接口实验、使用及携带方便的基于STC单片机的便携式实验装置。
[0004]为解决上述技术问题,本实用新型提出的技术方案为:
[0005]一种基于STC单片机的便携式实验装置,包括:设置在线路板上的STC单片机模块、USB接口模块、按键输入模块、结果显示模块以及实验模块,所述STC单片机模块通过USB接口模块与实验PC机连接,所述按键输入模块、所述结果显示模块以及所述实验模块分别与所述STC单片机模块连接;所述实验模块包括红外通信单元、RS-485通信单元、霍尔传感器、振动传感器、步进电机驱动单元以及EEPROM存储器单元。
[0006]作为本实用新型的进一步改进:所述USB接口模块为具有下载、串口数据通信以及单一电源供电功能的Min1-USB接口。
[0007]作为本实用新型的进一步改进:所述实验模块还包括实时时钟单元。
[0008]作为本实用新型的进一步改进:所述实验模块还包括蜂鸣器单元。
[0009]作为本实用新型的进一步改进:所述实验模块还包括收音机单元。
[0010]作为本实用新型的进一步改进:所述实验模块还块包括光敏传感器和热敏传感器。
[0011]作为本实用新型的进一步改进:所述按键输入模块包括导航按键和按键开关。
[0012]作为本实用新型的进一步改进:所述结果显示模块包括二极管显示单元以及数码管显示单元。
[0013]作为本实用新型的进一步改进:还包括多个外部接口,所述外部接口包括双通道电压检测接口、超声波测距接口以及外接步进电机接口。
[0014]与现有技术相比,本实用新型的优点在于:本实用新型通过STC单片机模块与实验PC机进行交互,控制执行实验模块中各实验单元,可实现多种微机原理与接口实验;同时采用小巧便捷的线路板形式,使用、携带方便且制作成本低,能够有效解决高校实验设备紧缺的问题。

【附图说明】

[0015]图1是本实用新型实施例基于STC单片机的便携式实验装置的结构示意图。
[0016]图2是本实用新型实施例基于STC单片机的便携式实验装置的结构原理示意图。
[0017]图3是本实用新型实施例中实时时钟单元的实现原理示意图。
[0018]图4是本实用新型实施例中收音机单元的实现原理示意图。

【具体实施方式】
[0019]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述,但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
[0020]如图1、2所示,本实施例基于STC单片机的便携式实验装置包括设置在线路板上的STC单片机模块、USB接口模块、按键输入模块、结果显示模块以及实验模块,STC单片机模块通过USB接口模块与实验PC机连接,按键输入模块、结果显示模块以及实验模块分别与STC单片机模块连接;实验模块包括红外通信单元、RS-485通信单元、霍尔传感器、振动传感器、步进电机驱动单元以及EEPROM存储器单元。按键输入模块包括导航按键和按键开关,用于根据需求输入数据;结果显示模块包括二极管显示单元以及数码管显示单元,用于显示结果。
[0021]本实施例STC单片机模块为以STC单片机为核心芯片的单片机电路,STC单片机具体采用STC 15F2K61S2单片机,USB接口模块包括通用串行总线接口以及USB转串口单元,数码管显示单元为7段数码管且包括8个静态/动态显示,二极管显示单元包括8个LED发光管,按键输入模块具体包括一个导航按键和三个按键开关。实验时,通过STC烧录软件和复位按键实现程序烧录功能,由通用串行接口实现与实验PC机之间的通信,将实验PC机上编译生成的可执行文件通过通用串行接口下载至STC单片机模块,对相关外设进行操作即可完成对应实验的验证与功能测试。实验模块中各个实验单元对应一项独立的实验功能,其中红外通信模块用于利用红外线实现数据传输、障碍物检测功能,RS-485通信模块用于使用RS-485接口实现串行通信功能,振动传感器用于振动测量,霍尔传感器用于检测磁场,步进电机驱动模块提供步进电机驱动电路并预留外接步进电机的接口,EEPROM存储器模块则用于存储数据。各个实验单元进行组合即可实现组合实验,从而可以实现从简单电路到复杂电路设计的多种实验,满足各种实验需求。
[0022]STC单片机通过检测引脚电压值判断导航按键是否按下,通过控制段选和位选信号即可实现数码管动态扫描等功能。红外通信单元包括红外发射管及红外接收管,由红外发射管发出38kHz频率的红外光,且该频率的红外光可被红外接收管识别,实验时通过STC单片机的引脚输出38kHz频率的脉冲信号驱动红外发射管发送数据,再通过监测红外接收管引脚电平接收数据;RS_485通信单元通过485总线进行通信,实验时通过STC单片机设置使能信号发送/接收数据;步进电机驱动单元通过达林顿管实现驱动功能,实验时通过STC单片机设置对应引脚值实现步进电机转动;EEPROM存储器单元可掉电保存数据,实验时由STC单片机根据时序读写数据;STC单片机通过判断振动传感器的引脚是否连接来检测振动,通过检测霍尔传感器的引脚电平变化来检测磁场。
[0023]本实施例功能全面且采用小巧便捷的线路板形式,例如本实施例上述便携式实验装置的面积约9.5*7cm2,体积小、使用及携带方便,同时制作成本低,特别适合用于本科教学中推广开放性实验中,能够满足每个学生的实验设备需求,提高学生实践训练的兴趣。
[0024]本实施例中,USB接口模块为具有下载、串口数据通信以及单一电源供电功能的Min1-USB接口,S卩Min1-USB接口集烧录、串口数据通信及单一电源供电于一体。通过Min1-USB接口实现与实验PC机的通信,只需要标准的USB线就可以进行通信、下载以及供电,而不需要额外的专用下载线或专用电源,使用方便,学生可以不必到专门的实验室做实验,从而进一步减少实验室的开销;另一方面,STC单片机模块通过Min1-USB接口与实验PC机进行通信,不仅可以实现实验设计的功能验证,还可以作为协处理器与其他通用微控器进行数据交互。
[0025]本实施例中,实验模块还包括实时时钟单元,用于提供实时时钟信息数据,可提供例如万年历、时钟等信息,通过STC单片机可以根据时序进行信息的读取或修改。如图3所示,STC单片机模块根据实时时钟单元的芯片时序读写数据即可得到或修改时钟信息,并设置一个结束时间,若当前时间和结束时间一致即触发蜂鸣器单元播放音乐,并将当前时间信息通过动态扫描的方式显示在数码管上。
[0026]本实施例中,实验模块还包括蜂鸣器单元,蜂鸣器单元设置有源蜂鸣器,用于实现发声、报警功能,通过STC单片机的引脚输出音频脉冲信号,来驱动蜂鸣器单元的蜂鸣器发声。
[0027]本实施例中,实验模块还包括收音机单元,用于实现自动搜台、手动搜台、掉电保存、音量控制等功能,并设有外接耳机或音箱的接口,如图4所示,STC单片机模块根据时序读写数据即可实现搜台、音量控制等功能。
[0028]本实施例中,实验模块还包括光敏传感器和热敏传感器,其中光敏传感器用于检测光照,热敏传感器用于测量温度,分别通过STC单片机检测电压值实现检测。
[0029]本实施例中,还包括多个外部接口,外部接口包括双通道电压检测接口、超声波测距接口以及外接步进电机接口。通过外部接口以及通信模块,多个上述便携式试验装置之间可互联成网,从而实现数据交互功能。
[0030]本实施例中基于STC单片机的便携式实验装置可进行的实验内容包括如下六大类:(I)通信类实验:RS-485双机通信,红外发送与接收,上下位机串口通信等;(2)模块实验与设计:EEPROM存储器读写,LED数码管动态扫描,实时时钟,电子音乐等;(3)传感器类实验:振动传感器,温度和光照测量,磁场检测,倒置传感器等;(4)数字系统实验与设计:数字钟,投票器,收音机,抢答器等;(5)外设类:步进电机,超声波测距,称重测量,电压检测等;(6)电子设计竞赛及创新训练设计。
[0031]本实施例的实验模块包括了大部分的基本实验功能,具有丰富的实验资源,可完全满足从简单的数字电路到复杂数字系统的设计实验,体积小、使用及携带方便且制作成本低,非常适合于高校的微机原理与接口实验,同时具有良好的扩展性能,能够延伸扩展用于综合电子设计、科技竞赛等创新课题上,从而实现科研与教学的贯通,形成研宄生科研、本科生毕业设计、本科生综合实验、本科生基本实验与大学生创新训练计划相结合的体系,为培养与提高学生的实践创新能力提供资源。
[0032]上述只是本实用新型的较佳实施例,并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本实用新型。因此,凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于包括:设置在线路板上的STC单片机模块、USB接口模块、按键输入模块、结果显示模块以及实验模块,所述STC单片机模块通过USB接口模块与实验PC机连接,所述按键输入模块、所述结果显示模块以及所述实验模块分别与所述STC单片机模块连接;所述实验模块包括红外通信单元、RS-485通信单元、霍尔传感器、振动传感器、步进电机驱动单元以及EEPROM存储器单元。2.根据权利要求1所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:所述USB接口模块为具有下载、串口数据通信以及单一电源供电功能的Min1-USB接口。3.根据权利要求2所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:所述实验模块还包括实时时钟单元。4.根据权利要求3所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:所述实验模块还包括蜂鸣器单元。5.根据权利要求4所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:所述实验模块还包括收音机单元。6.根据权利要求5所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:所述实验模块还包括光敏传感器和热敏传感器。7.根据权利要求6所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:所述按键输入模块包括导航按键和按键开关。8.根据权利要求7所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:所述结果显示模块包括二极管显示单元以及数码管显示单元。9.根据权利要求1?8中任意一项所述基于STC单片机的便携式实验装置,其特征在于:还包括多个外部接口,所述外部接口包括双通道电压检测接口、超声波测距接口以及外接步进电机接口。
【文档编号】G09B19-00GK204270544SQ201420715227
【发明者】徐成, 徐梓桑, 曾理宁, 殷素, 曹婷, 张宁, 邹汉铮, 肖雄仁 [申请人]湖南大学

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