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，在推動社會生產(chǎn)力快速發(fā)展的同時，也對我們的傳統(tǒng)教育提出了新的要求和挑戰(zhàn)，為了滿足社會和行業(yè)對復(fù)合型科技人才的需求，我國也開始了發(fā)展創(chuàng)客教育和STEAM教育。在創(chuàng)客教育和STEAM教育中，其中對學(xué)生動手實(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的時候，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，建構(gòu)于簡易輸入/輸出（simple I/O）界面板，并且具有使用類似Java、C語言的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的編程語言對AVR庫進(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。相對于51單片機(jī)和ARM開發(fā)板來說，Arduino具有上手簡單，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，形成長方形。

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

所述15個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，對應(yīng)連接到了所述主控板上SPI總線接口電路。

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

所述1個鋰電池接口和所述1個DC接口連接到了所述1個撥動開關(guān)，所述1個撥動開關(guān)通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽的方式，對應(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)展板在通過所述長方形排針插入到所述長方形插槽相固定連接時，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)生在操作時的插拔，并提高了硬件在連接時的穩(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4引腳的防呆接口301、1個5引腳的防呆接口302、1個8引腳的防呆接口303、1個Micro USB接口304、1個鋰電池接口305、1個撥動開關(guān)306、1個DC接口307；擴(kuò)展板靠近中心位置有一長方形插槽308，所述核心板通過所述長方形排針201插入到所述長方形插槽308的方式與所述擴(kuò)展板相固定連接。

所述15個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，對應(yīng)連接到了所述主控板上SPI總線接口電路110。

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

所述1個鋰電池接口305和所述1個DC接口307連接到了所述1個撥動開關(guān)306，所述1個撥動開關(guān)306通過連接到所述擴(kuò)展板上插槽308的方式，對應(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在通過所述長方形排針201插入到所述長方形插槽308相固定連接時，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)用新型原理對個別部件進(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。