簡易型單片機實驗裝置的設(shè)計

唐小華 盧世奎

【摘 要】本文提出為解決現(xiàn)有單片機實驗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)計一種簡易型單片機實驗裝置，該裝置中元件的放置采用夾緊的形式，能完成單片機技術(shù)方面的課程實驗，增強單片機技術(shù)實驗的靈活性、擴展性與開放性，節(jié)約實驗器材，更好提高學(xué)生的設(shè)計能力和實踐技能。

【關(guān)鍵詞】簡易型? 單片機? 實驗裝置

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）01C-0188-02

目前，為了提高教學(xué)效果，高職單片機原理及應(yīng)用課程按工作過程導(dǎo)向開展教學(xué)，需要利用一些實驗設(shè)備進行教學(xué)，這些設(shè)備主要有單片機綜合實驗箱、單片機開發(fā)板、單片機實驗臺等，這些設(shè)備可以較好滿足單片機原理及應(yīng)用課程的實驗與實訓(xùn)教學(xué)需要，但也存在著一些問題。具體體現(xiàn)為：實驗箱、實驗臺的體積過大、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;在進行實驗教學(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、擴展性與靈活性不夠強。為解決上述問題，筆者設(shè)計了一種簡易型單片機實驗裝置。

一、實驗裝置的設(shè)計

該裝置由固定部分和實驗部分組成，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，實驗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。元件緊鎖座底部有4個引腳，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，可同時放置4個元件緊鎖座。

圖1為本裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可知，簡易型單片機實驗裝置包括絕緣外殼7、電源模塊1、下程序模塊5和實驗?zāi)K8。其中，電源模塊1、下程序模塊5為固定部分，實驗?zāi)K8為可變部分;絕緣外殼7為長方體，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、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和實驗?zāi)K8之間留有3mm空隙，以利于散熱。下程序模塊5包括單片機自動下載模塊、USB接口、下程序輸出毛細孔，USB接口跟電腦主機的USB口連接，下程序輸出毛細孔用于連接到單片機電路中，單片機自動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，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。實驗?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為毛細孔狀的絕緣材料，固定不變，元件緊鎖座9有4個引腳，可插在元件緊鎖座底座里。

圖2為簡易型單片機實驗裝置元件緊鎖座結(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、存儲芯片等;D類座主要用于夾緊單片機，本實驗裝置主要用于STC系列的40腳單片機，所以D類座的引腳與STC系列的40腳單片機的引腳排列是一致的。元件緊鎖座底部有4個引腳，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度的連接線。分紅、藍、綠、黑四種顏色，用于區(qū)分不同的信號，一般紅色線接電源正極、藍色和綠色線接信號、黑色線接電源負極。

二、實驗裝置的使用說明

先設(shè)計好實驗原理圖，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)格和顏色的毛細孔連接線將電路連接起來，組成一個完整的電路。

電路連接完后，便可下載程序到單片機。根據(jù)電路功能觀察實驗現(xiàn)象，得出實驗結(jié)果。

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

實驗完畢，斷開電源，將毛細孔連接線、元件、緊鎖座拆下歸類放好。

三、實驗裝置的積極效果

通過本實驗裝置，可以在課程上進行很好的現(xiàn)場演示，教學(xué)的直觀性和操作性更強。

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。

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

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

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

（責(zé)編 丁 夢）