专利名称：数字系统设计教学平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术实验教学装置领域，具体为一种数字系统设计教学平台。
背景技术：
用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。数字系统的教学如果是教师课堂演示，学生以听为主方式，很难让学生真正认识可编程逻辑器件，也难以学会各种数学电路的设计。但是，传统数字系统的实验箱，很大且笨重，各种单片机芯片、显示电路、驱动电路和电源等，实验时均需要用导线一一连接，接线复杂、学生往往在硬件接线上花费大部分的时间，并不能把精力主要放在数字系统的逻辑运算和逻辑处理的设计上，且因连线等，使硬件方面很容易出现问题，学生无法及时发现电路设计缺陷所在。现有数字系统实验箱的单片机或处理器的芯片，基本只配有并口作为数据输入接口，而现在的电脑的输出端已很少采用并行接口，使实验箱与电脑的连接困难，与现在最普遍采用的USB接口的存储设备连接也很难。另外现有的每种实验箱只能适用于一种数字系统设计课程，有关数字系统的课程有数字逻辑电路，电子设计自动化(EDA)、单片机应用、智能仪器以及微机控制等，需要一一配置专用实验箱。目前市场上的各种实验箱单价一般为几千元，数门课程的实验箱总价就比较可观。很难让每个学生在实验课上有一个自己的实验箱作为开发平台，这样的实验课程无法调动学生的主观能动性，仍难以改变被动学习的状态，影响学生体验并掌握先进的数字系统设计，也不利于培养学生的自主创新能力和动手能力。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种数字系统设计教学平台，其中含有复杂可编程逻辑器件芯片和单片机芯片，并配有数模、模数转换电路和显示电路及多种输入电路，均连接在印刷电路板上，可用于进行数字系统设计。本实用新型设计的数字系统设计教学平台包括中心处理器及与之连接的电源模块、印刷电路板、组件插接孔；中心处理器为复杂可编程逻辑器件芯片(CPLD芯片)和/或单片机芯片，中心处理器还接有AD转换电路，DA转换电路，通信电路。中心处理器的相关引脚分别经印刷电路板与电源模块，AD转换电路，DA转换电路，通信电路连接，中心处理器的多个信号输入引脚还经印刷电路板连接各信号输入接口电路，各输入接口电路连接面板上的输入组件插接孔。中心处理器的多个输出引脚还经印刷电路板连接各输出驱动电路， 各输出驱动电路连接面板上的输出驱动部件插接孔；通信电路接有USB接口，还可有串行接口。复杂可编程逻辑器件芯片和/或单片机芯片的各相关引脚、各输入接口电路的输
3入端、各输出驱动电路的输出端分别连接处于面板上的各测试点。使用时可以在电脑上编制复杂可编程逻辑器件芯片和/或单片机的程序，通过串行接口或USB接口下载到本教学平台的中心处理器。在本教学平台的相关输入组件插接孔上插接程序所需的输入组件，在输出接口上插接程序所需的程序结果驱动部件，便可进行数字逻辑电路、电子辅助设计(EDA)技术及其应用、单片机原理及应用、智能仪器课程以及微机控制原理等课程的实验操作。本教学平台的中心处理器连接的输入接口电路为按键输入电路、拨码开关输入电路、计时电路和温度采集电路中的一种或多种。还可根据需要接入其它输入接口电路。按键输入电路连接面板上的按键组件插接孔，在按键组件插接孔上插接按键组件，即可通过按键选择中心处理器内的程序或修改程序内的数据。拨码开关输入电路连接面板上的拨码开关组件插接孔，在拨码开关插接孔上插接拨码开关组件，即可通过拨码开关选择中心处理器内的程序或修改程序内的数据。温度采集电路连接面板上的温度传感器插接孔，在温度传感器插接孔上插接温度传感器，即可通过温度传感器向中心处理器输入温度信号。计时电路连接面板上的计时电路芯片插接孔，在计时电路芯片插接孔上插接计时电路芯片，即可通过计时电路芯片向中心处理器输入时间信号。本教学平台的中心处理器接有的输出信号驱动电路为数码管驱动电路、发光二极管电路、点阵电路、液晶屏显示电路、步进电机驱动电路和蜂鸣器驱动电路中的一种或多种。还可根据需要接入其它输出信号驱动电路。数码管驱动电路连接面板上的数码管插接孔，在数码管插接孔上插接数码管，中心处理器程序运算后即可在数码管上显示程序运算结果。发光二极管电路连接面板上的发光二极管组件插接孔，在发光二极管组件插接孔上插接发光二极管组件，中心处理器程序运算后即可在发光二极管上显示程序运算结果。点阵电路连接面板上的点阵组件插接孔，在点阵组件插接孔上插接点阵组件，中心处理器程序运算后即可在点阵上显示程序运算结果。液晶屏显示电路连接面板上的液晶屏组件插接孔，在液晶屏组件插接孔上插接液晶屏组件，中心处理器程序运算后即可在液晶屏上显示程序运算结果。步进电机驱动电路连接面板上的步进电机插接孔，在步进电机插接孔上插接步进电机，中心处理器程序运算后即可按程序驱动步进电机。蜂鸣器驱动电路连接面板上的蜂鸣器插接孔，在蜂鸣器插接孔上插接蜂鸣器，中心处理器程序运算后即可按程序驱动蜂鸣器发声。本实用新型数字系统设计教学平台的优点为1、综合了数字逻辑电路，EDA技术及应用，单片机原理及应用、智能仪器以及微机控制原理等课程实验所需部件；实现一平台多用，可提供课堂上的教学演示，也能让学生进行各种逻辑电路设计课程的实验，还可作为电子设计竞赛的基础平台；2、采用USB接口或串行接口下载程序，避免了传统单片机只能用并口或者串口下载的缺陷；3、CPLD芯片与单片机芯片构成独立模块并共用主板，各输入组件和输出驱动部件均可在面板的接插口接插，省去了学生在硬件接线上花费的时间，更好地锻炼数字电路设计的能力，体验可编程逻辑器件的功能，还可在面板上对电路的各关键点直接测试，便于操作，易学易懂，与以往的各数字系统实验平台相比，教学手段上或教学效果都有很大提高；4、结构简单，成本低，一台价格仅几百元，便于学校实验室配用，实现实验课上每个学生拥有一个自己的开发平台，有利于自主创新能力的培养。
图1为本数字系统设计教学平台实施例的结构示意图。
具体实施方式
本数字系统设计教学平台实施例如图1所示，复杂可编程逻辑器件芯片(CPLD芯片)和单片机芯片构成中心处理器，本例CPLD芯片为MAXII_EPMM0，单片机芯片为89S52。 中心处理器的相关引脚焊接在印刷电路板上，经印刷电路与电源模块，AD转换电路，DA转换电路，通信电路连接。通信电路接有USB接口和串行接口。中心处理器的信号输入引脚分别经印刷电路板连接按键输入电路、拨码开关输入电路、计时电路和温度采集电路，各电路分别连接面板上的按键组件插接孔、拨码开关组件插接孔、计时电路芯片插接孔和温度传感器插接孔。中心处理器的多个信号输出引脚分别经印刷电路板连接液晶显示屏驱动电路、数码管驱动电路、发光二极管电路、点阵电路、步进电机驱动电路和蜂鸣器驱动电路。各电路分别经印刷电路板连接液晶屏组件插接孔、数码管组件插接孔、发光二极管组件插接孔、点阵组件插接孔、步进电机插接孔和蜂鸣器插接孔。各信号输入接口电路也可集成在对应的输入组件内，中心处理器直接连接对应的输入组件插接孔。本例的中心处理器直接连接计时芯片插接孔，所用计时芯片中含有计时电路。各输出驱动电路也可集成在对应的输出驱动部件内，中心处理器直接连接对应的输出驱动部件插接孔。本例的发光二极管电路直接连接液晶屏组件插接孔、点阵组件插接孔、发光二极管组件插接孔。所用液晶屏组件集成有液晶屏显示电路，点阵组件集成有点阵电路，发光二极管组件集成有发光二极管电路。复杂可编程逻辑器件芯片和单片机芯片的各相关引脚、各输入接口电路的输入端、各输出驱动电路的输出分别连接处于面板上的各测试点。本教学平台的面板上安装有电源开关、按键组件插接孔、拨码开关组件插接孔、温度传感器插接孔、数码管组件插接孔、发光二极管(LED)组件插接孔、点阵组件插接孔、液晶屏组件插接孔、步进电机插接孔、蜂鸣器插接孔。中心处理器的连接的通信电路、AD转换电路、DA转换电路也可制成可插接的组件，在面板上设置相应的插接孔，根据实验的需要插接相应的电路组件。各插接孔也可作为相应的组件的测试点。在本教学平台上进行数字系统设计实验的实例如下①基于可编程逻辑器件的数字逻辑电路实验在电脑上利用verilog语言编写相应程序，编译、仿真，设置所需芯片以及中心处理器的各输入输出管脚，用USB下载到本例教学平台，插接数码管和按键组件，接通电源模块，用按键输入，观察数码管输出结果，并在数码管输出测试点检测输出的信号电压。②EDA技术及其应用的3人表决器设计实现在电脑上利用传统小规模数字逻辑电路芯片搭建一个3人表决器电路，编译、仿真下载观察输入输出结果。或者，在电脑上利用verilog语言编写3人表决器程序，编译、仿真，设置所需芯片、配置三人表决器的中心处理器的输入管脚以及一个输出管脚，用USB下载到本例教学平台，插接发光二极管和拨码开关组件，接通电源模块，用三个拨码开关输入，观察发光二极管输出结果。③单片机原理及应用课程的流水灯实验在电脑上编写流水灯程序，通过USB下载到本例教学平台单片机芯片中，观察本教学平台上插接发光二极管组件的运行状态。④智能仪器课程中的电压测量实验利用模数转换器件ADC0809采集模拟电压量，转换成数字量，由单片机处理数码管显示输出；改变ADC0809的输入端电压的变化来观察数码管输出显示的变化以及利用万用表校正输出值，提高输出的准确度。⑤微机控制原理课程中的步进电机控制实验在电脑上编写步进电机控制程序，通过USB下载到本例教学平台单片机芯片中， 通过按键组件控制步进电机的转速以及转动方向。本数字系统教学平台的各操作插孔以及信号测试点均安装于面板上，能够很方便地进行相关教学和实验实训工作。上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、 等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.数字系统设计教学平台，包括中心处理器及与之连接的电源模块、印刷电路板、组件插接孔；其特征在于中心处理器为复杂可编程逻辑器件芯片和/或单片机芯片；中心处理器接有电源模块，通信电路，AD转换电路，DA转换电路，中心处理器的多个信号输入引脚还经印刷电路板连接各信号输入接口电路，各输入接口电路连接面板上的输入组件插接孔；中心处理器的多个输出引脚经印刷电路板连接各输出驱动电路，各输出驱动电路连接面板上的输出驱动部件插接孔；通信电路接有USB接口。
2.根据权利要求1所述的数字系统设计教学平台，其特征在于所述复杂可编程逻辑器件芯片和/或单片机芯片的各相关引脚、各输入接口电路的输入端、各输出驱动电路的输出端分别连接处于面板上的各测试点。
3.根据权利要求1所述的数字系统设计教学平台，其特征在于所述通信电路还接有串行接口。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的数字系统设计教学平台，其特征在于所述中心处理器连接的输入接口电路为按键输入电路、拨码开关输入电路、计时电路和温度采集电路中的一种或多种。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的数字系统设计教学平台，其特征在于所述中心处理器接有的输出信号驱动电路为数码管驱动电路、发光二极管电路、点阵电路、液晶屏显示电路、步进电机驱动电路和蜂鸣器驱动电路中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的数字系统设计教学平台，其特征在于所述各信号输入接口电路集成在对应的输入组件内，中心处理器直接连接对应的输入组件插接孔。
7.根据权利要求1所述的数字系统设计教学平台，其特征在于所述各输出驱动电路集成在对应的输出驱动部件内，中心处理器直接连接对应的输出驱动部件插接孔。
专利摘要本实用新型为数字系统设计教学平台，中心处理器CPU为CPLD芯片和/或单片机芯片，CPU的引脚分别经PCB与电源模块，AD/DA转换电路，通信电路连接，CPU还经PCB连接各信号输入接口电路和输出驱动电路，各输入接口电路和输出驱动电路连接面板上对应的插接孔；通信电路接有USB接口。输入接口电路为按键输入、拨码开关输入、计时电路和温度采集电路等。输出信号驱动电路有数码管、发光二极管、点阵、液晶屏、步进电机和蜂鸣器等驱动电路。各组件经插接孔与CPU相连。CPU的引脚、各输入输出电路的输入输出端分别连接面板上的各测试点。使用时在电脑上编制程序，下载到本平台的CPU，插接所需输入输出部件，即可进行多种数字系统实验。一平台多用，结构简单，成本低。
文档编号G09B23/18GK202171892SQ20112029343
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者韩剑 申请人:桂林电子科技大学信息科技学院