本發明涉及電子模塊接口領域，尤其是一種兼容多種電子模塊接口、具有該接口的主板、轉接板、電子模塊和電子積木。

背景技術：

1、目前用于電子電路學習的主板主要有3種形式，第1種為核心板，尺寸較小，是一個帶有微處理器或微處理器模塊的最小系統主板，或擴展基本功能，如擴展串口電路，編程電路，電源電路，可通過引線連接到電子模塊，核心板連接器主要為排針，排針的引腳定義根據微處理器芯片或微處理器模塊的引腳進行排列，因微處理器或微處理器模塊有幾百種以上，因此引腳排列沒有規律，眾多核心板引出的排針引腳定義，互不相同，因此使用時需要查詢引腳定義，以及連接多根電線；第2種是將上述的核心板等，插入面包板或接口擴展板或底板，核心板插入面包板后通過杜邦線連接到電子模塊，每個模塊都要連接幾根杜邦線，每次試驗都要用杜邦線重新連接模塊，當電子模塊較多時，甚至需要使用幾十根導線；第3種是具有部分擴展功能或較多擴展功能的主板，一般作為開發板使用，主板集成多個功能，除串口電路，編程電路，電源電路，還具有顯示端口可連接顯示模塊，或帶有實時時鐘，電機驅動等功能，能夠在對應功能的連接器上直接插入或通過電線連接外設或電子模塊，該種主板具有1個或1個以上的io引出插座，引出微處理器或微處理器模塊的io，通過這些io插座，也可使用擴展板再進行功能擴展，該類型主板具備較多功能，尺寸較大。

2、專利申請號：201720587016.6，《一種統一接口的arduino開發板》，該申請具有6個4引腳防呆接口，提供了6個外設接口，可以連接電子模塊，分別對應模擬量輸入，數字量輸出、模擬量輸出、數字量輸入、i2c、pwm六種功能接口，同一類型相同引腳定義的電子模塊，可以連接到相應功能的接口上；其缺點是每個接口只能連接對應功能的電子模塊，且不能連接多于4個引腳的電子模塊。

3、專利申請號：201621051206.8，《一種基于atmega32u4的教學型arduino開發板》，

4、該申請中開發板提供了15個4引腳的接口，用于連接模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出、i?2c、uart、pwm七種類型的電子模塊；其缺點是每個接口只能連接對應功能的電子模塊，且不能連接多于4個引腳的電子模塊；該開發板還具有1個8引腳的接口連接模擬量輸入電子模塊；其缺點是只能通過電線或擴展板使用，只能連接模擬量輸入類型的電子模塊；該開發板還具有1個5引腳接口用于連接spi接口電子模塊，實際上spi具有多種接口，三線spi接口需要mosi數據，clk時鐘，cs片選，如為四線spi，則還具有miso數據線，通過該申請圖4看出，缺點是除g地線和v電源外，該接口只能使用三線spi，不能使用四線spi，也不能支持連接更多引腳的spi模塊。

5、申請號：202122301504.5，《一種用于人工智能教育的樹莓派擴展板》使用了3引腳連接器，4引腳連接器，以及1個7引腳的spi接口，其可以連接對應數量引腳的電子模塊，該申請可以連接較多種類的電子模塊，其3引腳的連接器，從電源端開始依次為gnd、vcc-5v、x,x為通用gpio或pwm端口；其4引腳的連接器，從電源端開始依次為vcc-5v,gnd,txd,rxd或vcc-5v,gnd,sda,scl。其存在的問題是3引腳的連接器只能連接3引腳的電子模塊，4引腳的連接器只能連接4引腳的電子模塊，因為電源和地在不同位置，存在引腳電源不兼容的情況，因此3引腳連接器的電子模塊不能插入4引腳的連接器，也不支持更多引腳數量的電子模塊。

6、目前功能電子模塊，如溫度檢測模塊，人體感應模塊等多種模塊，不同的廠家使用了不同引腳間距，如2.54,1.5,1.25等，模塊的引腳功能定義非常多且沒有規律,每種類型模塊的引腳排列方式多種，即使同一公司，其引腳定義也沒有規律，造成電子模塊的接口不能統一。圖1為同一公司同一種類型的無線人體感應模塊的引腳功能，可以看出，引腳間距不同，其電源排列不同，感應到人體存在后的輸出信號o端口，也就是out輸出端口的引腳位置不同，可以看出，因為電子模塊的間距、電源位置、功能位置不同，將給使用帶來很大的麻煩。

7、從上述可以看出，電子模塊與主板或轉接板的連接，需要使用和電子模塊對應類型的接口，電子模塊只能插入對應功能的連接器、也不能在同一連接器上連接不同數量引腳的電子模塊、連接電子模塊需要使用較多的導線；電子模塊的種類繁多，接口不統一，給用戶使用帶來極大的不便；甚至出現開發板購買后無法使用的情況。

8、如何使用較少的連接器接口，不用電線就能連接多種電子模塊，在單個連接器上能夠插入不同引腳數量的電子模塊，在一個連接器上能夠連接一個以上的電子模塊，成為急需解決的問題。

技術實現思路

1、為了解決上述技術問題，本發明提供了一種兼容多種電子模塊接口、具有該接口的主板、轉接板、電子模塊和電子積木，提供一種在單個連接器上不用導線就可連接多種引腳數量電子模塊的接口、在單個連接器上至少連接1個電子模塊的一種兼容多種電子模塊接口以解決上述背景技術中存在的問題。

2、為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：一種兼容多種電子模塊接口。

3、為方便描述，說明如下：gnd是地、vcc是電源、pwm是脈沖寬度調制、adc為模擬數字轉換，可將連接到該引腳的模擬量轉換為數字量，該引腳直接連接到微處理器，或連接到外部的ad轉換器，外部的ad轉換器與微處理器連接；scl為i2c的時鐘、sda為i2c的數據；sclk為spi的時鐘、mosi為主出從入，微處理器輸出的數據、miso為主入從出，為輸入到微處理器的數據、cs為片選，用于使能對應的芯片、cd是命令和數據，用于指示數據線上傳輸的是命令或數據、res是復位，用于對微處理器或外部電子模塊復位，上述縮寫還用于網絡標號，包括但不限于上述網絡標號，相同的網絡標號引腳電連接。

4、i2c為串行接口，一般速率為100k或400k，包括scl和sda，i2c連接多個電子模塊是，scl和sda可以復用。spi為串行接口，具有更高的傳輸速度，可達40m，spi在連接多個電子模塊時，sclk,mosi,miso可以復用，電子模塊需要使用不同的cs引腳，在這些cs引腳為0時，使能對應的spi電子模塊。

5、上述縮寫為微處理器的引腳功能，現在微處理器的引腳多為復用引腳，除特定功能外，還具備多種功能。上述的pwm、adc、i2c、spi引腳可用于輸入輸出功能，部分微處理器帶有硬件pwm、i2c、spi，如沒有硬件對應功能，可用微處理器io輸入輸出管腳模擬pwm或i2c或spi,當引腳數量不足時，可使用外部芯片擴展adc或pwm或i2c或spi，外部擴展芯片與微處理器連接。

6、一種兼容多種電子模塊接口，該接口至少包括1個連接器，1個連接器至少包括1個引腳組，該引腳組為第一到第五引腳組中的任意一組，在1個連接器上采用2個或2個以上的引腳組時，引腳組可以相同，也可以是不同的引腳組，引腳組用于插入不同引腳數量的電子模塊或舵機；連接器上的引腳組排列為順序排列或和逆序排列；引腳組可以在連接器的一頭，也可以在連接器中間。

7、第一引腳組，引腳組排列順序是gnd,vcc,pwm,兼容舵機接口。

8、第二引腳組，包含第一引腳組，該引腳組排列順序是gnd,vcc,pwm,adc1。

9、第三引腳組，包含第二引腳組，該引腳組排列順序是gnd,vcc,pwm,adc1,adc2，該引腳組主要用于搖桿等需要2路adc的電子模塊。

10、第四引腳組，包含第一引腳組，該引腳組排列順序是gnd,vcc,pwm,sda,scl或gnd,vcc,pwm,scl,sda，該引腳組可用于連接i2c電子模塊。

11、第五引腳組，包含第三或第四引腳組，該引腳組后3個引腳為miso、sclk、mosi或miso、mosi、clk或sclk、miso、mosi或sclk、mosi、miso或mosi、sclk、miso或mosi、miso、sclk，該引腳組可用于連接spi電子模塊。

12、gnd為引腳組的第1引腳,使用色塊和gnd字符進行標識，當引腳組的gnd不是連接器的第1或最后一個引腳時，增加箭頭進行指示模塊的插入方向或用矩形框或線條指示一個引腳組。

13、本發明解決其技術問題采用的技術方案是，還提出一種主板，包括至少一個連接器、至少一個微處理器或微處理器模塊和印刷電路板；所述連接器包括至少一組第一到第五引腳組任一項所述的引腳組或上述引腳組的任意組合；連接器包括但不限于排針或排母，或排針和排母，或xh型連接器，連接器為直腳連接器或和彎腳連接器，連接器為插件或和貼片連接器，連接器也可為焊盤，連接器引腳數量為4-100個，連接器放置在印刷電路板的頂層或和底層；所述微處理器不做限制，為包含但不限于單片機或arm或dsp或fpga，所述微處理器模塊為安裝但不限于單片機或arm或dsp或fpga的電路板；所述單片機包括但不限于51單片機,avr單片機，pic單片機，430單片機；所述arm包括但不限于stm32f103,esp8266,esp32,rp2040；所述印刷電路板的頂層或底層，或頂層和底層安裝有上述至少一個連接器，安裝至少一個微處理器或微處理器模塊。

14、在一些實施例中，連接器為排針，排針為單排針或和雙排針，排針間距為1.0-5.08mm，排針的間距優選為2.54mm，采用單排針時單個排針的引腳數量為4-50個，采用雙排針時單個雙排針的引腳數量為8-100個，單排針或和雙排針連接器的數量為1-50個，使用至少2個連接器時，連接器的引腳數量相同或不相同，排針還包括3排針和4排針。

15、在一些實施例中，連接器為排母，排母為單排母或和雙排母，排母間距為1.0-5.08mm，排母的間距優選為2.54mm，采用單排母時單個排母的引腳數量為4-50個，采用雙排母時單個雙排母的引腳數量為8-100個，單排母或和雙排母的連接器數量為1-50個，排母還包括3排母和4排母。

16、在一些實施例中，連接器為上述的排針和排母，還包括xh型連接器或和ph型連接器，該類型連接器用于連接特定類型的電子模塊或傳感器，如連接封裝于金屬管內的溫度傳感器。

17、所述印刷電路板的層數為1-32層，優選的為2層，印刷電路板的頂層或底層，或頂層和底層安裝有上述至少一個連接器，上述至少一個微處理器或微處理器模塊，連接器和微處理器的安裝位置沒有限制，優選的，連接器安裝靠近電路板的邊緣，微處理器在電路板中央位置或靠近中央位置，電路板的形狀沒有限制。

18、可選地，還包括電源電路，電源為線性電源或dcdc電源，為降壓電源，或升壓電源，或升降壓電源。

19、可選地，還包含usb轉串口電路，用于對電子器件通訊。

20、可選地，還包含usb轉編程電路，用于對電子器件編程。

21、可選地，還包含充電電路，用于給主板供電的電池充電。

22、可選地，還包括部分功能電路，包括但不限于蜂鳴器電路、指示燈電路、溫濕度測量電路、繼電器電路。

23、本發明解決其技術問題采用的技術方案是，還提出一種轉接板，包括至少兩個連接器和第一印刷電路板；至少一個連接器用于連接安裝有單片機或arm或dsp或fpga的第二電路板；

24、所述第一印刷電路板的層數為1-32層，優選的為2層，印刷電路板的頂層或底層安裝至少兩個連接器，或頂層和底層同時安裝連接器，在頂層安裝至少一個連接器，在底層安裝至少一個連接器，印刷電路板的形狀沒有限制。

25、所述連接器類型要求同主板連接器。

26、所述第二電路板包括但不限于esp8266模塊，esp32模塊，arduino主板，micro:bit主板，raspberry主板。

27、可選地，還包括電源電路，電源為線性電源或dcdc電源，為降壓電源，或升壓電源，或升降壓電源。

28、可選地，還包含usb轉串口電路，用于對電子器件通訊。

29、可選地，還包含usb轉編程電路，用于對電子器件編程。

30、可選地，還包含充電電路，用于對給主板供電的電池充電。

31、可選地，還包括部分功能電路，包括但不限于蜂鳴器電路、指示燈電路、溫濕度測量電路、繼電器電路。

32、本發明解決其技術問題采用的技術方案是，還提出一種電子模塊，包括至少一個連接器、至少一個電子器件和印刷電路板，連接器引腳數量為3-100個。

33、連接器采用第一引腳組的電子模塊，可以直接插在主板或轉接板上的具有第一到第五引腳組中的任意一種引腳組上；

34、連接器采用第二引腳組的電子模塊，可以直接插在主板或轉接板上的具有第二到第三和第五引腳組中的任意一種引腳組上；

35、連接器采用第三引腳組的電子模塊，可以直接插在主板或轉接板上的第三引腳組或直接插在包含第三引腳組的第五引腳組上；

36、連接器采用第四引腳組的電子模塊，可以直接插在主板或轉接板上的第三到第五引腳組中的任意一種引腳組上；

37、連接器采用第五引腳組的電子模塊，可以直接插在主板或轉接板上的第五引腳組。

38、除具有2個adc引腳的第三引腳組外，引腳組引腳數量少的，均可插在引腳數相同或引腳數多于電子模塊引腳數量的主板或轉接板上的引腳組。

39、連接器類型要求同主板連接器類型要求。

40、所述電子器件根據電子模塊的類型確定，電子模塊的種類包含但不限于pwm調光電子模塊、模擬亮度傳感器電子模塊、數字亮度傳感器電子模塊、溫濕度電子模塊、超聲波電子模塊、搖桿電子模塊、顯示電子模塊。

41、所述印刷電路板的層數為1-32層，優選的為2層，印刷電路板的頂層或底層，或頂層和底層安裝有上述至少一個連接器，上述至少一個電子器件，連接器和電子器件的安裝位置沒有限制，優選的，連接器安裝靠近電子模塊電路板的邊緣，電子器件在電子模塊電路板的中央位置或靠近中央位置或靠近邊緣，電路板的形狀沒有限制。

42、本發明解決其技術問題采用的技術方案是，還提出一種電子積木，包括上述主板或上述轉接板和至少一種上述電子模塊，主板或轉接板安裝在主控殼體上、電子模塊安裝在模塊殼體上。

43、與現有技術相比，本發明的有益效果至少有：

44、(1)本發明的引腳組支持連接多種引腳數量的電子模塊，在連接器上具有多個引腳組時，能夠在一個連接器上連接多個電子模塊，不用區分電子模塊的類型，只需對準引腳組第1腳標志，將電子模塊插入即可，可以快速準確的連接電子模塊到主板，可隨意快速的更換電子模塊。

45、(2)電子模塊均支持第一引腳組，因此引腳組少的可以隨意的插到引腳組數量相同或引腳組相同的連接器上，電子模塊能插在多種主板或轉接板上，方便使用，減少因引腳不兼容無法使用的浪費。

46、(3)不用接線，不會因接線錯誤或接觸不良導致不能正常工作或燒毀電子模塊，可快速開展試驗，將為使用者節省大量的時間，將時間用在編程上，而不是將時間用在連接上。

47、(4)本發明的引腳組兼容舵機接口，在連接器引腳組上快速連接舵機，將在使用上給用戶帶來極大的方便。

48、(5)通過將主板或轉接板插到面包板上，在面包板上主板或轉接板連接器引腳組對應的位置，可直接的快速插入電子模塊，使面包板連接電子模塊時，不再需要用線連接，擴展性強，可以快速連接或更換多種類型的電子模塊。

49、(6)將用戶現有主板通過轉接板引出引腳組接口，能夠快速接入多種類型的電子模塊，減少浪費、降低使用難度，因為只需插入即可，不用連線，將擴大使用人群，并極大提升學習興趣。

50、(7)通過將主板和電子模塊安裝在殼體上，進行模塊的防護和避免焊接引腳對人體傷害，讓低齡學習者也能夠安全、低難度、快速的連接多種電子模塊，為少兒編程學習帶來便利。