[发明专利]单片机多机系统实验板

说明书

技术领域

本发明属于单片机教学与应用开发领域，涉及一种单片机多机系统实验板。

背景技术

单片机具有资源丰富、设计灵活、低功耗、性价比高等显著优点，因而在各种智能设备和系统中得到了广泛应用。为适应企业对单片机开发人才的迫切需求，各高校普遍开设了单片机相关课程，其实验、实践环节一般都采用单片机实验箱。

单片机实验箱的核心是实验板，调查发现，现有单片机实验箱的实验板普遍存在以下缺陷：1）多数实验板只设有一个单片机，适用面偏窄；有些实验板可通过转接板和IC插座支持多种单片机，但每次只能使用其中的一个；少数实验板支持多个单片机同时工作，但是各单片机之间缺少通信联系，设备也无法共享，因此性价比较低；2）较多采用传统的并行总线进行外部扩展，抹杀了单片机的SOC特色，导致系统庞杂，电磁兼容性差；3）外设种类偏少，功能偏弱，使得实验项目的数量、层次以及人机交互的友好性、趣味性都受到很大制约；4）一般只设有RS232、USB等少数有线通信接口，外部通信能力偏弱。

上述缺陷导致单片机实验、实践教学严重滞后于工程实际，难以充分培养学生的单片机应用设计能力。

发明内容

本发明的主要目的，是针对现有技术存在的不足，提供一种结构先进、适用面宽、性价比高的单片机多机系统实验板，其支持多个主流单片机同时在线工作，外设种类丰富，人机交互性好，通信能力强，可通过串行总线实现多个单片机之间的相互通信和设备共享。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种单片机多机系统实验板，包括多个实验分区、公用串行外设区、串行总线、总线上拉与状态指示电路、外部通信接口区、电源电路；

所述串行总线中的信号线包括I²C通信数据线SDA、I²C通信时钟线SCL、半双工异步通信数据线DAT、全双工异步通信发送线TXD、全双工异步通信接收线RXD；

所述各实验分区均包括一个单片机、多种由所述单片机直接控制的外设、总线隔离缓冲电路，所述单片机通过其多个通用IO口连接所述各外设，总线隔离缓冲电路包括多个独立通道，每个通道的两端分别与单片机的串行IO口和串行总线的对应信号线相连；

所述公用串行外设区包括多种可由各实验分区单片机分时访问的公用串行外设，其中，具有异步通信接口并通过其连接串行总线的公用串行外设包括TTS语音合成器、TFT LCD显示器，具有I²C通信接口并通过其连接串行总线的公用串行外设包括串行EEPROM、实时钟、串行AD/DA、角速度传感器、加速度传感器、磁阻传感器；

所述总线上拉与状态指示电路包括多个由电阻和发光二极管串接而成的支路，每个支路的两端分别与总线上拉与状态指示电路的电源正极和串行总线的对应信号线相连；

所述外部通信接口区包括RS232接口单元、RS485接口单元、USB接口单元、红外发送器、红外接收器，所述各接口单元以及红外发送器、红外接收器均与串行总线相连；

所述电源电路包括自恢复保险丝、总电源开关、多个分电源开关、多路稳压电路，外部直流电源经串接总电源开关和自恢复保险丝后分为多路输出，其中一路经稳压电路稳压后为公用串行外设区、外部通信接口区和总线上拉与状态指示电路供电，其它各路串接分电源开关再经稳压电路稳压后为各实验分区供电。

所述各实验分区中，至少有一个分区其单片机芯片内部含有无线数据通信组件，至少有一个分区其外设包括RFID读卡器、射频收发器、串行Flash存储器。

本发明的有益效果在于：通过设置多个实验分区，并将各实验分区和公用串行外设区通过串行总线相连接，使得多个单片机不但可以同时工作，独立控制各自分区的多种外设，还可利用串行总线实现多个单片机之间的相互通信和设备共享，从而显著提高了实验板的设备利用率和性价比。丰富的外设与通信接口资源，也拓展了应用设计空间，提高了人机交互性和数据通信能力。本发明能够更好地调动学生的学习兴趣，更充分地培养学生的单片机应用设计能力，改善单片机教学效果。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为第一实验分区硬件结构图；

图3为第二实验分区硬件结构图；

图4为第三实验分区硬件结构图；

图5为第四实验分区硬件结构图；

图6为公用串行外设区硬件结构图；

图7为总线上拉与状态指示电路硬件结构图；

图8为外部通信接口区硬件结构图。

具体实施方式