简易型单片机实验装置的设计

唐小华 卢世奎

【摘 要】本文提出为解决现有单片机实验装置存在的不方便携带、易损坏且难以修复、开放性不足、难掌握内部电路等问题，设计一种简易型单片机实验装置，该装置中元件的放置采用夹紧的形式，能完成单片机技术方面的课程实验，增强单片机技术实验的灵活性、扩展性与开放性，节约实验器材，更好提高学生的设计能力和实践技能。

【关键词】简易型  单片机  实验装置

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）01C-0188-02

目前，为了提高教学效果，高职单片机原理及应用课程按工作过程导向开展教学，需要利用一些实验设备进行教学，这些设备主要有单片机综合实验箱、单片机开发板、单片机实验台等，这些设备可以较好满足单片机原理及应用课程的实验与实训教学需要，但也存在着一些问题。具体体现为：实验箱、实验台的体积过大、成本过高，不方便携带，损坏后难以修复;单片机开发板体积小，难让学生看清电路的结构，电路易损坏且难修复;这些设备中一部分电路损坏可能影响别的部分设备的工作;在进行实验教学过程中，不用到的别的模块的电路易被学生破坏;开放性、扩展性与灵活性不够强。为解决上述问题，笔者设计了一种简易型单片机实验装置。

一、实验装置的设计

该装置由固定部分和实验部分组成，固定部分包括DC5V、±12V电压输入模块、7.4V电池输入模块、下程序模块，实验部分包括元件紧锁座和元件紧锁座底座。元件紧锁座分为A类座、B类座、C类座、D类座4种类型，用于放置不同类型的元件。A类座主要用于夹紧小型引脚的元件，一般引脚大小小于0.8mm;B类座主要用于夹紧较大引脚的元件，一般引脚大小为0.8-1.5mm;C类座主要用于夹紧集成芯片;D类座主要用于夹紧单片机。元件紧锁座底部有4个引脚，放置于元件紧锁座底座之上。元件紧锁座底座为24*26孔状绝缘材料，可同时放置4个元件紧锁座。

图1为本装置的总体结构示意图，从图中可知，简易型单片机实验装置包括绝缘外壳7、电源模块1、下程序模块5和实验模块8。其中，电源模块1、下程序模块5为固定部分，实验模块8为可变部分;绝缘外壳7为长方体，密封式，有良好的防尘与绝缘作用。在绝缘外壳7上的一侧设置有电源模块1，它包括电源输入、保护、指示模块2、DC5V电压模块3、DC±12V电压模块4。DC5V电压模块3还包括5V开关、5V指示灯、DC5V电路、DC5V输出毛细孔等，DC5V电压模块有两路输出，因该电源使用较多。DC±12V电压模块4还包括12V开关、12V指示灯、DC±12V电路、DC±12V输出毛细孔等。电源模块1通过螺钉固定在绝缘外壳7一侧的上面，电源模块1的内侧面为各电源、开关和指示灯等的连线路。电源模块1和实验模块8之间留有3mm空隙，以利于散热。下程序模块5包括单片机自动下载模块、USB接口、下程序输出毛细孔，USB接口跟电脑主机的USB口连接，下程序输出毛细孔用于连接到单片机电路中，单片机自动下载模块输出与下程序模块5中的5V、GND、P3.0、P3.1相接通，但与DC5V电压模块3中不接通。7.4V电池输入模块6经稳压器稳压到5V，与DC5V电压模块3连接，此时，DC±12V电压模块4不可用，只提供5V电压。7.4V电池输入与220V输入只选其中之一电源来用。实验模块8由元件紧锁座9和元件紧锁座底座10组成。元件緊锁座底座10为毛细孔状的绝缘材料，固定不变，元件紧锁座9有4个引脚，可插在元件紧锁座底座里。

图2为简易型单片机实验装置元件紧锁座结构示意图。元件紧锁座分为A类座、B类座、C类座、D类座4种类型，用于放置不同类型的元件。A类座主要用于夹紧小型引脚的元件，一般引脚大小小于0.8mm，元件主要包括：电阻、排阻、电容、按键、排针、晶振、二极管、三极管、液晶显示器、传感器等;B类座主要用于夹紧较大引脚的元件，一般引脚大小为0.8-1.5mm，元件主要包括：钮子开关、大型电位器、接线排等;C类座主要用于夹紧集成芯片，元件主要包括：DAC0832、ADC0809、ADC0832、LM324、DS1302、存储芯片等;D类座主要用于夹紧单片机，本实验装置主要用于STC系列的40脚单片机，所以D类座的引脚与STC系列的40脚单片机的引脚排列是一致的。元件紧锁座底部有4个引脚，放置于元件紧锁座底座之上。扳下元件紧锁座右上方的手柄，将元件夹紧，扳回手柄，将元件松开。

图4为本装置毛细孔连接线图。连接线用于将元件连接起来，组成完整电路。连接线有20cm、15cm、10cm三种规格，根据元件间距离的大小选用合适长度的连接线。分红、蓝、绿、黑四种颜色，用于区分不同的信号，一般红色线接电源正极、蓝色和绿色线接信号、黑色线接电源负极。

二、实验装置的使用说明

先设计好实验原理图，根据原理图用到的元件引脚大小，选用合适的紧锁座，将用到的紧锁座固定到紧锁座底座，再把原理图中用到的元件在紧锁座上按功能模块布局好，扳下元件紧锁座右上方的手柄，布局好的元件将被夹紧，根据原理图、元件间距离用不同规格和颜色的毛细孔连接线将电路连接起来，组成一个完整的电路。

电路连接完后，便可下载程序到单片机。根据电路功能观察实验现象，得出实验结果。

如在教室进行演示教学，可用USB供电提供单片机工作电源，也可采用7.4V电池输入模块6供电，这样教师就可以走动到教室的其他位置给学生看实验现象。

实验完毕，断开电源，将毛细孔连接线、元件、紧锁座拆下归类放好。

三、实验装置的积极效果

通过本实验装置，可以在课程上进行很好的现场演示，教学的直观性和操作性更强。

便于携带、成本低、体积小、质量轻、使用方便，更容易激发学生学习兴趣，可更好提高学生的自主学习能力。

本装置实验部分是开放的，有利于学生了解内部电路结构，培养学生的动手操作能力，提高学生的综合设计能力和创新能力。

本装置元件及元件紧锁座可长期重复使用，不容易被破坏或损坏，可大大节约实验教学成本。

本装置设计成体积小、质量轻、携带方便、价格低廉、可拆卸可连接的实验装置，可以带到教室上课进行演示，也可用在实验室进行实验。利用本实验装置可进行基础性、综合性、设计性、创新性等类型的实验。具有灵活性、扩展性与开放性的特点，可重复使用，节约实验成本。通过该装置，能更好提高学生的设计能力及实践技能。

（责编 丁 梦）