[0001] 本发明属于单片机应用技术领域，尤其涉及一种基于单片机的多功能实验开发系统。

[0002] 单片机技术自发展以来已走过了20多年的发展路程。单片机技术的发展以微处理器技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。由于单片机技术在各个领域得到越来越广泛的应用，许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性价比，迅速占领了电子行业自动化市场。因此，单片机技术已经成为电子、测控、自动化、通信等很多工科专业学生的必备技能，为满足广大学生、爱好者、产品开发者迅速学会掌握单片机这门技术，于是各种各样的单片机开发板也应运而生。

[0003] 国内绝大多数院校在单片机课程实验时都使用实验箱来进行单片机的教学和开发，一方面，实验开发系统以实验箱的形式展示，侧重于软件实验，不利于学生掌握硬件结构，不懂如何进行系统设计、软硬件综合调试；另一方面，实验箱成本高昂，仪器笨重，体积大，集成资源少且功能单一；实验箱空间占用大，实验室空间有限，不便于实验室的建设，且不利于基于单片机的复杂控制和关于单片机的深入学习开发。目前市场上流行的系统开发板都普遍存在着集成硬件资源少，实现功能有限，只适合单片机的初级入门学习而不足以支持基于单片机的更深入的开发和使用等缺陷。

[0022] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 如图1所示，本发明所提供的一种基于单片机的多功能实验开发系统，包括单片机模块，以及分别与单片机模块连接的电源输入模块、键盘输入模块、液晶显示模块、串口语音模块、电机驱动及测速模块、LED调光模块、串口下载模块、RFID通信模块、WIFI通信模块、无线通信模块、GSM短信通信模块和ZigBee通信模块。

[0024] 单片机模块是以STC15W4K48S4为主的单片机模块，STC15W4K48S4单片机采用1T（时钟/机器周期）增强型8051内核，速度比传统8051快7～12倍（比早期的1T快20%）；电压范围宽为5.5V～2.4V；内置4096（4K）字节片内RAM数据存储器；8/16/24/32/40/48/56/60/61K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上；超高速四串口/UART，四个完全独立的高速异步串行通信端口，分时切换可当9组串口使用；低功耗设计：低速模式，空闲模式，掉电模式（可由外部中断或内部掉电唤醒定时器唤醒）；不需外部复位，ISP编程时16级复位门槛电压可选，内置高可靠复位电路；不需外部晶振，内部时钟从5MHz 35MHz可选（相当于普通~8051：60～420MHz），内部高精度R/C时钟（±0.3%），±1%温漂（-40℃ +85℃），常温下温漂±~
0.6%（-20℃ +65℃）；ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器；高速~
ADC，8通道10位，速度可达30万次/秒；6路PWM还可以当6路D/A使用；6通道捕获/比较单元（CCP/PCA/PWM）；大容量片内EEPROM功能,擦写次数10万次以上；硬件看门狗（WDT）。

[0025] 液晶显示模块采用串口通信的176*220分辨率的彩色液晶屏，且带有触摸输入功能；该类彩色液晶屏显示的信息量比较大，直接取代传统的1602或12864等单色液晶屏。

[0026] 串口语音模块采用型号为SYN6288的中文语音合成模块；该中文语音合成模块采用标准2.54mm针引脚，尺寸小，且采用串口通信；在进行中文语音合成（TTS），无需录制，自动识别常用词语及多音字，内含多种常用提示音及多段背景音乐，可与语音同步播放，语速、音量可调，无需复杂编程，带有工作指示灯，特别适合研发产品和实验使用。

[0027] 电机驱动及测速模块的输入端通过光电隔离模块与单片机模块的I/O口连接，提高实验开发系统的可靠性，配合单片机模块内部的定时器，可以方便地进行普通直流电机的测速与调速。

[0028] 电机驱动及测速模块采用型号为L298P的电机驱动芯片，其内部集成2路H型驱动电路，输出电流可达2A，最高工作电压可达50V，可以直接驱动2个普通直流电机或1个步进电机。

[0029] LED调光模块利用单片机模块内部的A/D转换模块，再结合单片机模块内部的PWM模块，对LED灯进行PWM调光。

[0030] RFID通信模块通过串口与单片机模块进行通讯连接，用于对RFID卡进行读写操作，使学生学习和了解RFID卡的读写操作知识。

[0031] WIFI通信模块采用型号为ESP8266的串口WIFI无线模块，该串口WIFI无线模块体积小，方便嵌入到任何产品，功能强大，内置LWIP协议；完善简洁高效的AT指令；支持三种模式：AP，STA，AP+STA 共存模式，让编程更简单。

[0032] 无线通信模块采用型号为NRF24L01的2.4G无线模块，可以应用在短距离通信领域，如小型四轴飞行器的控制、智能车的控制等。

[0033] GSM短信通信模块采用型号为SIM800L的GPRS模块，该GPRS模块通过串口与单片机模块进行通讯，支持移动和联通的手机卡，可以通过手机短信实现远程监控。

[0034] ZigBee通信模块采用型号为CC2530物联网专用芯片，使学生学习和了解ZigBee通信知识。

[0035] 电源输入模块与外部电源连接，用于为多功能实验开发系统提供电源；键盘输入模块是由12个按键构成的按键操作模块，用于进行功能选择和参数设置，同时该多功能实验开发系统也可以通过液晶显示模块的触摸输入功能进行功能选择和参数设置。

[0036] 如图2至图4所示，一种单片机实验开发系统的操作平台，包括四套单片机实验开发装置以及口型支架4；每套单片机实验开发装置均包括一个基于单片机的多功能实验开发系统3、两个直流测速电机以及一个外部电源5；两个直流测速电机分别与基于单片机的多功能实验开发系统3的电机驱动及测速模块连接，外部电源5与基于单片机的多功能实验开发系统3的电源输入模块连接；8个直流测速电机均设置在口型支架4的顶部，4个基于单片机的多功能实验开发系统3分别设置在口型支架4的前后两侧，2个外部电源5设置在口型支架4内。同一口型支架4上可以安装多套单片机实验开发装置（本实施例中安装四套），可以在口型支架4的四个侧面（左右侧面、前后侧面）对应配备四台计算机，同时满足四个学生同时操作，减少了整套实验开发装置占用的空间，便于单片机实验室建设。

[0037] 两个直流测速电机为光电直流电机1和霍尔直流电机2。

[0038] 本发明的基于单片机的多功能实验开发系统集成了键盘输入模块、液晶显示模块、串口语音模块、电机驱动及测速模块、LED调光模块、串口下载模块、RFID通信模块、WIFI通信模块、无线通信模块、GSM短信通信模块和ZigBee通信模块，资源丰富，功能多样化，学习者将不同的模块与对应的设备或装置连接，例如电机驱动及测速模块与直流测速电机连接，RFID通信模块与RFID卡连接，实现各类功能的操作，有利于单片机技术的深入学习和开发；同时采用口型支架将多套单片机实验开发装置安装在一起，节省空间，便于实验室规划。

[0039] 以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。