簡(jiǎn)易型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

唐小華 盧世奎

【摘 要】本文提出為解決現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置存在的不方便攜帶、易損壞且難以修復(fù)、開放性不足、難掌握內(nèi)部電路等問題，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置中元件的放置采用夾緊的形式，能完成單片機(jī)技術(shù)方面的課程實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)單片機(jī)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的靈活性、擴(kuò)展性與開放性，節(jié)約實(shí)驗(yàn)器材，更好提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐技能。

【關(guān)鍵詞】簡(jiǎn)易型? 單片機(jī)? 實(shí)驗(yàn)裝置

【中圖分類號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）01C-0188-02

目前，為了提高教學(xué)效果，高職單片機(jī)原理及應(yīng)用課程按工作過程導(dǎo)向開展教學(xué)，需要利用一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行教學(xué)，這些設(shè)備主要有單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)箱、單片機(jī)開發(fā)板、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)等，這些設(shè)備可以較好滿足單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要，但也存在著一些問題。具體體現(xiàn)為：實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的體積過大、成本過高，不方便攜帶，損壞后難以修復(fù);單片機(jī)開發(fā)板體積小，難讓學(xué)生看清電路的結(jié)構(gòu)，電路易損壞且難修復(fù);這些設(shè)備中一部分電路損壞可能影響別的部分設(shè)備的工作;在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，不用到的別的模塊的電路易被學(xué)生破壞;開放性、擴(kuò)展性與靈活性不夠強(qiáng)。為解決上述問題，筆者設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置。

一、實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

該裝置由固定部分和實(shí)驗(yàn)部分組成，固定部分包括DC5V、±12V電壓輸入模塊、7.4V電池輸入模塊、下程序模塊，實(shí)驗(yàn)部分包括元件緊鎖座和元件緊鎖座底座。元件緊鎖座分為A類座、B類座、C類座、D類座4種類型，用于放置不同類型的元件。A類座主要用于夾緊小型引腳的元件，一般引腳大小小于0.8mm;B類座主要用于夾緊較大引腳的元件，一般引腳大小為0.8-1.5mm;C類座主要用于夾緊集成芯片;D類座主要用于夾緊單片機(jī)。元件緊鎖座底部有4個(gè)引腳，放置于元件緊鎖座底座之上。元件緊鎖座底座為24*26孔狀絕緣材料，可同時(shí)放置4個(gè)元件緊鎖座。

圖1為本裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可知，簡(jiǎn)易型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置包括絕緣外殼7、電源模塊1、下程序模塊5和實(shí)驗(yàn)?zāi)K8。其中，電源模塊1、下程序模塊5為固定部分，實(shí)驗(yàn)?zāi)K8為可變部分;絕緣外殼7為長(zhǎng)方體，密封式，有良好的防塵與絕緣作用。在絕緣外殼7上的一側(cè)設(shè)置有電源模塊1，它包括電源輸入、保護(hù)、指示模塊2、DC5V電壓模塊3、DC±12V電壓模塊4。DC5V電壓模塊3還包括5V開關(guān)、5V指示燈、DC5V電路、DC5V輸出毛細(xì)孔等，DC5V電壓模塊有兩路輸出，因該電源使用較多。DC±12V電壓模塊4還包括12V開關(guān)、12V指示燈、DC±12V電路、DC±12V輸出毛細(xì)孔等。電源模塊1通過螺釘固定在絕緣外殼7一側(cè)的上面，電源模塊1的內(nèi)側(cè)面為各電源、開關(guān)和指示燈等的連線路。電源模塊1和實(shí)驗(yàn)?zāi)K8之間留有3mm空隙，以利于散熱。下程序模塊5包括單片機(jī)自動(dòng)下載模塊、USB接口、下程序輸出毛細(xì)孔，USB接口跟電腦主機(jī)的USB口連接，下程序輸出毛細(xì)孔用于連接到單片機(jī)電路中，單片機(jī)自動(dòng)下載模塊輸出與下程序模塊5中的5V、GND、P3.0、P3.1相接通，但與DC5V電壓模塊3中不接通。7.4V電池輸入模塊6經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓到5V，與DC5V電壓模塊3連接，此時(shí)，DC±12V電壓模塊4不可用，只提供5V電壓。7.4V電池輸入與220V輸入只選其中之一電源來用。實(shí)驗(yàn)?zāi)K8由元件緊鎖座9和元件緊鎖座底座10組成。元件緊鎖座底座10為毛細(xì)孔狀的絕緣材料，固定不變，元件緊鎖座9有4個(gè)引腳，可插在元件緊鎖座底座里。

圖2為簡(jiǎn)易型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置元件緊鎖座結(jié)構(gòu)示意圖。元件緊鎖座分為A類座、B類座、C類座、D類座4種類型，用于放置不同類型的元件。A類座主要用于夾緊小型引腳的元件，一般引腳大小小于0.8mm，元件主要包括：電阻、排阻、電容、按鍵、排針、晶振、二極管、三極管、液晶顯示器、傳感器等;B類座主要用于夾緊較大引腳的元件，一般引腳大小為0.8-1.5mm，元件主要包括：鈕子開關(guān)、大型電位器、接線排等;C類座主要用于夾緊集成芯片，元件主要包括：DAC0832、ADC0809、ADC0832、LM324、DS1302、存儲(chǔ)芯片等;D類座主要用于夾緊單片機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置主要用于STC系列的40腳單片機(jī)，所以D類座的引腳與STC系列的40腳單片機(jī)的引腳排列是一致的。元件緊鎖座底部有4個(gè)引腳，放置于元件緊鎖座底座之上。扳下元件緊鎖座右上方的手柄，將元件夾緊，扳回手柄，將元件松開。

圖4為本裝置毛細(xì)孔連接線圖。連接線用于將元件連接起來，組成完整電路。連接線有20cm、15cm、10cm三種規(guī)格，根據(jù)元件間距離的大小選用合適長(zhǎng)度的連接線。分紅、藍(lán)、綠、黑四種顏色，用于區(qū)分不同的信號(hào)，一般紅色線接電源正極、藍(lán)色和綠色線接信號(hào)、黑色線接電源負(fù)極。

二、實(shí)驗(yàn)裝置的使用說明

先設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)原理圖，根據(jù)原理圖用到的元件引腳大小，選用合適的緊鎖座，將用到的緊鎖座固定到緊鎖座底座，再把原理圖中用到的元件在緊鎖座上按功能模塊布局好，扳下元件緊鎖座右上方的手柄，布局好的元件將被夾緊，根據(jù)原理圖、元件間距離用不同規(guī)格和顏色的毛細(xì)孔連接線將電路連接起來，組成一個(gè)完整的電路。

電路連接完后，便可下載程序到單片機(jī)。根據(jù)電路功能觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

如在教室進(jìn)行演示教學(xué)，可用USB供電提供單片機(jī)工作電源，也可采用7.4V電池輸入模塊6供電，這樣教師就可以走動(dòng)到教室的其他位置給學(xué)生看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)完畢，斷開電源，將毛細(xì)孔連接線、元件、緊鎖座拆下歸類放好。

三、實(shí)驗(yàn)裝置的積極效果

通過本實(shí)驗(yàn)裝置，可以在課程上進(jìn)行很好的現(xiàn)場(chǎng)演示，教學(xué)的直觀性和操作性更強(qiáng)。

便于攜帶、成本低、體積小、質(zhì)量輕、使用方便，更容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，可更好提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

本裝置實(shí)驗(yàn)部分是開放的，有利于學(xué)生了解內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

本裝置元件及元件緊鎖座可長(zhǎng)期重復(fù)使用，不容易被破壞或損壞，可大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。

本裝置設(shè)計(jì)成體積小、質(zhì)量輕、攜帶方便、價(jià)格低廉、可拆卸可連接的實(shí)驗(yàn)裝置，可以帶到教室上課進(jìn)行演示，也可用在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用本實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性等類型的實(shí)驗(yàn)。具有靈活性、擴(kuò)展性與開放性的特點(diǎn)，可重復(fù)使用，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。通過該裝置，能更好提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力及實(shí)踐技能。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）