一種基于Atmega32u4的教學(xué)型Arduino開發(fā)板的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)型Arduino開發(fā)板，具體是基于Atmega32u4芯片的教學(xué)型Arduino開發(fā)板。

背景技術(shù)：

近些年來，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，在推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力快速發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)我們的傳統(tǒng)教育提出了新的要求和挑戰(zhàn)，為了滿足社會(huì)和行業(yè)對(duì)復(fù)合型科技人才的需求，我國(guó)也開始了發(fā)展創(chuàng)客教育和STEAM教育。在創(chuàng)客教育和STEAM教育中，其中對(duì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是極為重要的一部分，目前，大部分的教育方法都是讓學(xué)生在單片機(jī)或開源的硬件上，通過軟硬件結(jié)合的方式，將自己的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，考慮到現(xiàn)階段創(chuàng)客教育和STEAM教育的受眾大多是青少年、中小學(xué)生和非專業(yè)的愛好者，那么在選用教育所用的軟硬件平臺(tái)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)充分考慮到易用性和易學(xué)性。

Arduino作為一款開放源代碼的單芯片微控制器，它使用了Atmel AVR單片機(jī)，采用了開放源代碼的軟硬件平臺(tái)，建構(gòu)于簡(jiǎn)易輸入/輸出（simple I/O）界面板，并且具有使用類似Java、C語(yǔ)言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境，它具有豐富的IO口，能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，并能通過輸出裝置來影響環(huán)境，由于Arduino的編程語(yǔ)言對(duì)AVR庫(kù)進(jìn)行了封裝，所以開發(fā)者可以不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)就可以進(jìn)行學(xué)習(xí)開發(fā)，讓開發(fā)者專注于實(shí)現(xiàn)紫的創(chuàng)意。相對(duì)于51單片機(jī)和ARM開發(fā)板來說，Arduino具有上手簡(jiǎn)單，開發(fā)方便，成本低廉等特點(diǎn)，十分適用于創(chuàng)客教育和STEAM教育。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種基于Atmega32u4的教學(xué)型Arduino開發(fā)板，通過實(shí)驗(yàn)操作的方式讓學(xué)生學(xué)習(xí)Arduino編程。

本實(shí)用新型是以如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于Atmega32u4的教學(xué)型Arduino開發(fā)板，所述開發(fā)板采用兩層板設(shè)計(jì)，上層板為核心板，下層板為擴(kuò)展板。

所述核心板包括Atmega32u4芯片、降壓模塊、晶振模塊、模擬量輸入接口電路、模擬量輸出接口電路、數(shù)字量輸入接口電路、數(shù)字量輸出接口電路、I²C總線接口電路、UART總線接口電路、SPI總線接口電路、PWM輸出電路、下載接口電路、USB供電接口電路、外部電源供電接口電路；所述降壓模塊、晶振模塊、模擬量輸入接口電路、模擬量輸出接口電路、數(shù)字量輸入接口電路、數(shù)字量輸出接口模塊、I²C總線接口電路、UART總線接口電路、SPI總線接口電路、PWM輸出電路、下載接口電路、USB供電接口電路均與Atmega32u4芯片相連，所述外部電源供電接口電路與所述降壓模塊相連。

所述UART總線接口電路為TTL電平的串口。

所述模擬量輸入接口電路為電壓輸入或電流輸入，默認(rèn)參考電壓為5V。

所述數(shù)字量輸入接口電路為開關(guān)量輸入電路。

所述模擬量輸入接口電路、模擬量輸出接口電路、數(shù)字量輸入接口電路、數(shù)字量輸出接口電路、I²C總線接口電路、UART總線接口電路、SPI總線接口電路、PWM輸出電路、下載接口電路、USB供電接口電路、外部電源供電接口電路的引腳全部引出制成排針,所有排針圍成一圈，形成長(zhǎng)方形。

所述擴(kuò)展板為一獨(dú)立的電路板，包含15個(gè)4引腳的防呆接口、1個(gè)5引腳的防呆接口、1個(gè)8引腳的防呆接口、1個(gè)Micro USB接口、1個(gè)鋰電池接口、1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)、1個(gè)DC接口；擴(kuò)展板靠近中心位置有一長(zhǎng)方形插槽，所述核心板通過所述長(zhǎng)方形排針插入到所述長(zhǎng)方形插槽的方式與所述擴(kuò)展板相固定連接。

所述15個(gè)4引腳的防呆接口通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽的方式，分別對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上的所述模擬量輸入接口電路、模擬量輸出接口電路、數(shù)字量輸入接口電路、數(shù)字量輸出接口電路、I²C總線接口電路、UART總線接口電路、PWM輸出接口電路。

所述1個(gè)5引腳的防呆接口通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上SPI總線接口電路。

所述1個(gè)8引腳的防呆接口通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上模擬量輸入接口電路。

所述1個(gè)Micro USB接口通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上的USB供電接口電路。

所述1個(gè)鋰電池接口和所述1個(gè)DC接口連接到了所述1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)，所述1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上外部電源供電接口電路。

所述核心板和所述擴(kuò)展板在通過所述長(zhǎng)方形排針插入到所述長(zhǎng)方形插槽相固定連接時(shí)，采用倒扣方式，即所述核心板上的所有元器件位于核心板和所述擴(kuò)展板連接形成的兩層結(jié)構(gòu)之間，從外部看不到所述核心板上的元器件。

本實(shí)用新型提供的一種基于Atmega32u4的教學(xué)型Arduino開發(fā)板，通過采用Arduino微控制器作為控制核心，易于學(xué)生上手，操作簡(jiǎn)單；通過所述擴(kuò)展板上統(tǒng)一封裝成防呆的4引腳、5引腳、8引腳接口，方便了學(xué)生在操作時(shí)的插拔，并提高了硬件在連接時(shí)的穩(wěn)定性；通過采用兩層結(jié)構(gòu)，將電路的主要元器件隱藏于兩層電路板之間，使得開發(fā)板整體造型更加友好，更易于學(xué)生接受，在STEAM教育和創(chuàng)客教育中可作為教學(xué)型的Arduino開發(fā)板，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例核心板原理框圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例核心板結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例擴(kuò)展板結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

本實(shí)用新型是一種基于Atmega32u4的教學(xué)型Arduino開發(fā)板，所述開發(fā)板采用兩層板設(shè)計(jì)，上層板為核心板100，下層板為擴(kuò)展板300。

如圖1所示，所述核心板100包括Atmega32u4芯片101、降壓模塊102、晶振模塊103、模擬量輸入接口電路104、模擬量輸出接口電路105、數(shù)字量輸入接口電路106、數(shù)字量輸出接口電路107、I²C總線接口電路108、UART總線接口電路109、SPI總線接口電路110、PWM輸出電路111、下載接口電路112、USB供電接口電路113、外部電源供電接口電路114；所述降壓模塊102、晶振模塊103、模擬量輸入接口電路104、模擬量輸出接口電路105、數(shù)字量輸入接口電路106、數(shù)字量輸出接口模塊107、I²C總線接口電路108、UART總線接口電路109、SPI總線接口電路110、PWM輸出電路111、下載接口電路112、USB供電接口電路113均與Atmega32u4芯片101相連，外部電源供電接口電路114與降壓模塊102相連。

所述UART總線接口電路109為TTL電平的串口。

所述模擬量輸入接口電路104為電壓輸入或電流輸入，默認(rèn)參考電壓為5V。

所述數(shù)字量輸入接口電路106為開關(guān)量輸入電路。

如圖2所示，所述模擬量輸入接口電路104、模擬量輸出接口電路105、數(shù)字量輸入接口電路106、數(shù)字量輸出接口電路107、I²C總線接口電路108、UART總線接口電路109、SPI總線接口電路110、PWM輸出電路111、下載接口電路112、USB供電接口電路113、外部電源供電接口電路114的引腳全部引出制成排針201,所有排針圍成一圈，形成長(zhǎng)方形。

如圖3所示，所述擴(kuò)展板300為一獨(dú)立的電路板，包含15個(gè)4引腳的防呆接口301、1個(gè)5引腳的防呆接口302、1個(gè)8引腳的防呆接口303、1個(gè)Micro USB接口304、1個(gè)鋰電池接口305、1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)306、1個(gè)DC接口307；擴(kuò)展板靠近中心位置有一長(zhǎng)方形插槽308，所述核心板通過所述長(zhǎng)方形排針201插入到所述長(zhǎng)方形插槽308的方式與所述擴(kuò)展板相固定連接。

所述15個(gè)4引腳的防呆接口301通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽308的方式，分別對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上的所述模擬量輸入接口電路104、模擬量輸出接口電路105、數(shù)字量輸入接口電路106、數(shù)字量輸出接口電路107、I²C總線接口電路108、UART總線接口電路109、PWM輸出接口電路110。

所述1個(gè)5引腳的防呆接口302通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽308的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上SPI總線接口電路110。

所述1個(gè)8引腳的防呆接口303通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽308的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上模擬量輸入接口電路104。

所述1個(gè)Micro USB接口304通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽308的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上的USB供電接口電路113。

所述1個(gè)鋰電池接口305和所述1個(gè)DC接口307連接到了所述1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)306，所述1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)306通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽308的方式，對(duì)應(yīng)連接到了所述主控板上外部電源供電接口電路114。

如圖4所示，所述核心板100和所述擴(kuò)展板300在通過所述長(zhǎng)方形排針201插入到所述長(zhǎng)方形插槽308相固定連接時(shí)，采用倒扣方式，即所述核心板上100的所有元器件位于核心板和所述擴(kuò)展板300連接形成的兩層結(jié)構(gòu)之間，從外部看不到所述核心板100上的元器件。

上述各實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本實(shí)用新型原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。