本實用新型涉及智能小車設(shè)計的培訓(xùn)教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能小車單片機學(xué)習(xí)板。

背景技術(shù)：

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機廣泛應(yīng)用于各種智能系統(tǒng)和電子教學(xué)實驗中，而單片機學(xué)習(xí)板是電子教學(xué)實驗的重要工具，單片機的學(xué)習(xí)與開發(fā)成為眾多高校電子類專業(yè)的必修課程。而智能小車作為眾多高校教學(xué)及眾多比賽（包括全國性比賽及國際性比賽）的重點項目，其在單片機控制上具有多樣化的功能特點，是用戶學(xué)習(xí)和熟練單片機的最佳途徑。但目前智能小車教學(xué)使用的單片學(xué)習(xí)板具備的功能模塊較少且設(shè)計呆板，只能供用戶在學(xué)習(xí)單片機入門時使用，大部分進階功能模塊都需要用戶另外獨立搭建，使得教學(xué)難度增加且教程成本高，且容易讓用戶失去學(xué)習(xí)的興趣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例要解決的技術(shù)問題在于，提供一種智能小車單片機學(xué)習(xí)板，以豐富單片機學(xué)習(xí)板的功能設(shè)計及組合。

為解決上述問題，本實用新型實施例采用的技術(shù)方案是：提供一種智能小車單片機學(xué)習(xí)板，包括基礎(chǔ)功能模塊和進階功能模塊，所述基礎(chǔ)功能模塊包括第一MCU芯片以及均連接至第一MCU芯片的A/D轉(zhuǎn)換單元、時鐘單元和第一顯示單元，所述進階功能模塊包括：與所述第一MCU芯片連接的第二MCU芯片以及與所述第二MCU芯片連接的以下進階單元中的至少一種：加速度測量單元、超聲波測距單元、循跡單元、測速單元、舵機控制單元、直流電機驅(qū)動單元、步進電機驅(qū)動單元、無線通訊單元；所述學(xué)習(xí)板還包括分別連接至第一MCU芯片和第二MCU芯片以供基礎(chǔ)功能模塊和進階功能模塊共用的下載端口和系統(tǒng)電源。

進一步地，所述基礎(chǔ)功能模塊還包括連接至第一MCU芯片的如下單元中的至少一種：測溫單元、蜂鳴器單元、按鍵輸入單元、指示燈單元、第一復(fù)位電路單元和繼電器單元。

進一步地，所述直流電機驅(qū)動單元包括驅(qū)動電路以及為直流電機和驅(qū)動電路供電的驅(qū)動電源。

進一步地，所述無線通訊單元包括如下單元中的至少一種：2.4G通訊單元、藍牙通訊單元、紅外線通訊單元。

進一步地，所述學(xué)習(xí)板為整塊分區(qū)印制且在使用時按分區(qū)裁剪再拼裝構(gòu)成智能小車車架的PCB板。

進一步地，所述進階功能模塊還包括連接至第二MCU芯片的第二顯示單元及/或第二復(fù)位電路單元。

進一步地，所述循跡模塊包含紅外對管及其外圍電路。

進一步地，所述第一顯示單元包括如下顯示器件中的至少一種：數(shù)碼管顯示屏、點陣顯示屏或LCD顯示屏。

進一步地，所述第二顯示單元包括LCD顯示屏和/或OLED顯示屏。

進一步地，所述學(xué)習(xí)板上的可調(diào)連接管腳處均對應(yīng)印制有連接標識。

采用上述技術(shù)方案，本實用新型實施例至少具有以下有益效果：本實用新型實施例通過將學(xué)習(xí)板劃分為基礎(chǔ)功能模塊和進階功能模塊，將智能小車上提供基礎(chǔ)功能的單元作為基礎(chǔ)功能模塊的構(gòu)成部分，而提供更進一步功能的單元作為進階功能模塊的構(gòu)成部分可供實際應(yīng)用時選擇性地選用，整個學(xué)習(xí)板采用模塊單元設(shè)計，可以很方便地拓展單片機學(xué)習(xí)板的功能，提高單片機學(xué)習(xí)板的實用性和使用率，使得單片機學(xué)習(xí)板不僅僅局限于初學(xué)單片機的人在入門時使用，還能為用戶提供更高層次學(xué)習(xí)的使用。

此外，本實用新型實施例通過為基礎(chǔ)功能模塊和進階功能模塊提供共用的下載端口和系統(tǒng)電源，有利于簡化結(jié)構(gòu)，便于用戶使用。

附圖說明

圖1是本實用新型單片機學(xué)習(xí)板一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型單片機學(xué)習(xí)板另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型單片機學(xué)習(xí)板的再一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，以下的示意性實施例及說明僅用來解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定，而且，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合。

如圖1所示，本實用新型一個實施例提供一種智能小車單片機學(xué)習(xí)板，包括基礎(chǔ)功能模塊1和進階功能模塊2，所述基礎(chǔ)功能模塊1包括第一MCU芯片11以及均連接至第一MCU芯片11的A/D轉(zhuǎn)換單元12、時鐘單元13和第一顯示單元14，所述進階功能模塊2包括：與所述第一MCU芯片11連接的第二MCU芯片21以及與所述第二MCU芯片21連接的以下進階單元中的至少一種：加速度測量單元22、超聲波測距單元23、循跡單元24、測速單元25、舵機控制單元26、直流電機驅(qū)動單元27、步進電機驅(qū)動單元28、無線通訊單元29；所述學(xué)習(xí)板還包括分別連接至第一MCU芯片11和第二MCU芯片21以供基礎(chǔ)功能模塊1和進階功能模塊2共用的下載端口3和系統(tǒng)電源4。

本實用新型實施例通過將學(xué)習(xí)板劃分為基礎(chǔ)功能模塊1和進階功能模塊2，將智能小車上提供基礎(chǔ)功能的單元作為基礎(chǔ)功能模塊1的構(gòu)成部分，而提供更進一步功能的單元作為進階功能模塊2可供實際應(yīng)用時選擇性地選用，整個學(xué)習(xí)板采用模塊單元設(shè)計，可以很方便地拓展單片機學(xué)習(xí)板的功能，提高單片機學(xué)習(xí)板的實用性和使用率，使得單片機學(xué)習(xí)板不僅僅局限于初學(xué)單片機的人在入門時使用，還能為用戶提供更高層次學(xué)習(xí)的使用。

此外，本實用新型實施例通過為基礎(chǔ)功能模塊1和進階功能模塊2提供共用的下載端口3和系統(tǒng)電源4，有利于簡化結(jié)構(gòu)，便于用戶使用。

在一個具體實施例中，所述第一MCU芯片11和第二MCU芯片21均可選用8051單片機。8051單片機是一種8位元的單芯片微控制器，屬于MCS-51單芯片的一種，是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的工作完全是依賴系統(tǒng)內(nèi)部的時脈信號，用以來產(chǎn)生各種動作周期及同步信號。在8051單片機中已內(nèi)建時鐘產(chǎn)生器，在使用時只需接上石英晶體諧振器（或其它振蕩子）及電容，就可以讓系統(tǒng)產(chǎn)生正確的時鐘信號。和一般微處理器相比，8051單片機增加了四個8位I/O口、一個串行口、4KB ROM、128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（SFR）。

而且，8051單片機內(nèi)已自帶八路十位高精度A/D轉(zhuǎn)換電路，因此，所述A/D轉(zhuǎn)換單元12可以只使用一電位器來連接8051單片機的相應(yīng)連接端口（例如默認連接8051單片機的P16端口），即足以完成A/D轉(zhuǎn)換實驗，同時還節(jié)省了單獨設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換單元的成本，也避免了組裝上的麻煩。

在一個具體實施例中，所述時鐘單元13可以采用兩塊貼片RTC芯片，分別為SPI協(xié)議傳輸?shù)腄S1302，和I2C協(xié)議傳輸?shù)腜CF8653，默認連接第一MCU芯片11的P11-P15端口。能有效完成電子時鐘的實驗，同時能讓用戶學(xué)習(xí)SPI傳輸協(xié)議和I2C傳輸協(xié)議，為以后的項目打下堅實基礎(chǔ)。

所述第一顯示單元14用于顯示基礎(chǔ)功能模塊1在運行過程中的一些參數(shù)和狀態(tài)。在一個實施例中，所述第一顯示單元14包括如下顯示器件中的至少一種：數(shù)碼管顯示屏、點陣顯示屏或LCD顯示屏。通過提供多種顯示器件，能滿足不同的實驗需求。

在具體應(yīng)用中，所述數(shù)碼管顯示屏可以是單位共陽數(shù)碼管、八位七段共陰數(shù)碼管，從而可以讓用戶完成單位數(shù)碼管顯示、多位數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示等實驗。所述點陣顯示屏可以選用8x8共陽點陣顯示屏，通過搭載4塊1.9MM微型共陽點陣顯示屏，易驅(qū)動，體積小，行驅(qū)動采用串入并出移位寄存器74HC595D，列驅(qū)動則采用4線16制譯碼器74HC154D，驅(qū)動整塊電路只需占用第一MCU芯片11的的7個I/O口，默認連接第一MCU芯片11的P20-P26。相較于傳統(tǒng)開發(fā)板的一塊點陣顯示屏，本實施例采用的點陣顯示屏顯示內(nèi)容更為豐富，能夠顯示漢字。應(yīng)用范圍更廣，除了可以輕松實現(xiàn)普通顯示實驗之外，還可在基礎(chǔ)功能模塊1中添加按鍵輸入單元17，進而與所述點陣顯示屏結(jié)合能將貪吃蛇，俄羅斯方塊等經(jīng)典游戲移植到點陣顯示屏中顯示。結(jié)合音頻接口與第一MCU芯片11的自帶的A/D轉(zhuǎn)換單元，也還能夠制作音樂頻譜。還能讓用戶理解移位寄存器，譯碼器的工作原理，并實踐于實際的工程項目之中。

在一個具體實施例中，所述加速度測量單元22包含MPU6050芯片及外圍電路。本實施例中，MPU6050芯片為全球首例整合性6軸運動處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時間軸之差的問題，減少了大量的封裝空間；MPU6050芯片可用于測量單片機學(xué)習(xí)板模擬智能小車的加速度，還可以為其他關(guān)于姿態(tài)解算的項目調(diào)試程序。

所述超聲波測距單元23可以采用2路超聲波模塊接口，默認連接第二MCU芯片21的PB15-PB16端口，能讓用戶完成超聲波測距，超聲波避障等實驗。

在一個可選實施例中，所述循跡模塊24包含紅外對管及其外圍電路。本實施例中，紅外對管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管或紅外線接收管或紅外線接收頭配合在一起使用時候的總稱；紅外對管能用于單片機學(xué)習(xí)板模擬智能小車時開啟循線運動。

在一個具體實施例中，測速單元25包含LM339芯片及外圍電路。本實施例中，LM339芯片內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器具有以下特點是：

1.失調(diào)電壓小，典型值為2mV；

2.電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；

3.對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；

4.共模范圍很大，為0~（Ucc-1.5V）Vo；

5.差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；

6.輸出端電位可靈活方便地選用。

此外，LM339芯片可構(gòu)成單限比較器、遲滯比較器、雙限比較器（窗口比較器）及振蕩器等；還可以組成高壓數(shù)字邏輯門電路，并可直接與TTL、CMOS電路接口。

所述舵機控制單元26可提供2路舵機接口，能讓用戶完成舵機的控制實驗，而且，所述舵機控制單元26和超聲波單元23配合，可制作多方位避障自行走小車。

在一個可選實施例中，所述直流電機驅(qū)動單元27包括驅(qū)動電路以及為直流電機和驅(qū)動電路供電的驅(qū)動電源。具體的，所述直流電機驅(qū)動單元27采用L293DD芯片為驅(qū)動芯片。

本實施例中，直流電機驅(qū)動單元27采用L293DD芯片，具有控制直流電機啟停、換向及調(diào)速等功能；L293DD芯片相較于傳統(tǒng)的L298N驅(qū)動芯片，具有體積小、發(fā)熱量小，能耗小及價錢便宜的優(yōu)點；能讓單片機學(xué)習(xí)板模擬智能小車時完成控制小車的啟停、轉(zhuǎn)向以及調(diào)速等實驗。

在一個實施例中，可以配備兩種直流穩(wěn)壓電源，其中一個是固定輸出的直流穩(wěn)壓電源，可用作系統(tǒng)電源4，專為系統(tǒng)供電。而另一個則為可調(diào)節(jié)輸出的直流穩(wěn)壓電源，專為直流電機及其驅(qū)動電路供電。如此可以有效隔離直流電機對控制系統(tǒng)的干擾，避免因為電流不足而造成系統(tǒng)崩潰。直流穩(wěn)壓電源中可采用LM2596S系列穩(wěn)壓芯片，相較于普通的LDO穩(wěn)壓芯片，如ASM1117系列，LM2596S系列穩(wěn)壓芯片可提供電流更大，可達3A輸出，完全滿足整個系統(tǒng)的用電需求。除此之外，LM2596S系列輸出電壓波紋更小、效率更高、自耗更小。

在一個可選實施例中，所述步進電機驅(qū)動28單元采用ULN2003A芯片為驅(qū)動芯片。

本實施例中，ULN2003A芯片是一個7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時ULN2003A輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時ULN2003A芯片輸出端為高電平；所以ULN2003A芯片可以作為一些器件，如作為步進電機的驅(qū)動芯片，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，能讓單片機學(xué)習(xí)板模擬智能小車時完成控制小車的步進電機的控制實驗。

在一個可選實施中，所述無線通訊單元29包括如下單元中的至少一種：2.4G通訊單元、藍牙通訊單元、紅外線通訊單元。

本實施中，無線通訊單元29包括多種類型的通訊單元，能讓用戶完成不同通訊條件下的無線控制小車的制作或其他控制項目的調(diào)試，豐富用戶的實踐方式，提高用戶的實踐能力。

具體實施時，所述2.4G通訊單元可以選用NRF24L01芯片，所述NRF24L01芯片是由NORDIC生產(chǎn)的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型“Schock Burst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器；相對于傳統(tǒng)的通訊單元，NRF24L01芯片具體遙控距離更遠、抗干擾能力更強及性能更出色的優(yōu)點，能讓單片機學(xué)習(xí)板模擬智能小車時完成控制小車的無線遙控實驗或其他無線控制項目的調(diào)試。

如圖2所示，在一個可選實施例中，所述基礎(chǔ)功能模塊1還包括連接至第一MCU芯片11的如下單元中的至少一種：測溫單元15、蜂鳴器單元16、按鍵輸入單元17、指示燈單元18、第一復(fù)位電路單元19和繼電器單元10。本實施提供單片機基本學(xué)習(xí)功能模塊，能為用戶入門學(xué)習(xí)時提供幫助。

具體實施時，所述測溫單元15可以采用單總線溫度傳感器DS18B20，能讓用戶完成溫度測量顯示等實驗。所述蜂鳴器單元16可以采用PNP三極管驅(qū)動無源蜂鳴器的電路方案，默認連接單片機P44口，能滿足用戶完成系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)、鬧鐘鬧鈴、音階播放等實驗。所述按鍵輸入單元17可以是獨立按鍵，也可以是矩陣按鍵，按鍵輸入單元17可與前述的點陣顯示屏配合使用，而且采用獨立按鍵還可以讓用戶完成按鍵檢測、按鍵中斷、按鍵控制等實驗，而采用矩陣按鍵還能讓用戶完成檢測矩陣按鍵的行列掃描，反轉(zhuǎn)掃描，中斷掃描等實驗。所述指示燈單元18可以采用多路LED，例如采用綠色貼片發(fā)光LED，亮麗體積小。能讓用戶完成流水燈，PWM調(diào)節(jié)LED燈亮度等實驗。所述繼電器單元10可以為兩路PNP三極管驅(qū)動的5V小型繼電器，默認連接第一MCU芯片11的的P45、P46端口。能讓用戶學(xué)會繼電器的隔離控制，還可外接直流電機，控制電機的啟動甚至是換向等實驗。

如圖3所示，在一個可選實施中，所述進階功能模塊2還包括連接至第二MCU芯片21的第二顯示單元201及/或第二復(fù)位電路單元202。具體的，所述第二顯示單元201包括LCD顯示屏和/或OLED顯示屏；具體地，LCD顯示屏包括Nokia 5110 液晶顯示屏；OLED顯示屏采用0.96寸OLED顯示屏。

本實施例中，提供多種顯示器件，能進一步滿足更多的實驗需求。

此外，采用的Nokia 5110液晶顯示屏相較于常規(guī)使用的LCD1602顯示屏和LCD12864顯示屏，Nokia 5110液晶顯示屏比LCD1602顯示屏可顯示內(nèi)容更多，且比LCD12864顯示屏價格便宜，是性價比較高的液晶顯示屏；此外，用戶可用杜邦線自定義連接。

而選用的0.96寸OLED顯示屏屬于高亮度、低功耗的顯示屏，顯示顏色純正，在陽光下有很好的可視效果；同時兼容3種通信方式：4線SPI、3線SPI、IIC，通信模式的選擇可以根據(jù)提供的BOM表進行跳選。該通訊模塊一共有三種顏色：藍色、白色、黃藍雙色。OLED屏具有多個控制指令，可以控制OLED的亮度、對比度、開關(guān)升壓電路等指令。而且，操作方便，功能豐富。

在一個具體實施例中，所述單片機學(xué)習(xí)板可設(shè)置為整塊分區(qū)印制且在使用時按分區(qū)裁剪再拼裝構(gòu)成智能小車車架的PCB板。必要時，還可在PCB板上組裝電機、傳感器等固定安裝部件。通過整塊分區(qū)印制有利于前期的布線和排版，而且可節(jié)省小車主體外框的材料費用，減輕車體整體重量，再結(jié)合PCB板材堅韌的特點，能夠抵受一定強度的碰撞，避免了現(xiàn)有亞克力小車易損壞的缺陷。

在一個可選實施例中，所述學(xué)習(xí)板上的可調(diào)連接管腳處均對應(yīng)印制有連接標識。便于用戶連接時識別管腳，快速地利用短路帽、杜邦線等連接件實現(xiàn)線路的快速連接，有效提高學(xué)習(xí)和連接效率。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。