一种基于单片机的教学平台的制作方法

本实用新型涉及一种基于单片机的教学平台，属于单片机应用领域。

背景技术：

随着近代电子科学技术的快速发展，很多行业中智能化设备不断涌现；科学技术在取得这些进步的同时，嵌入式技术发挥了至关重要的作用；正是由于嵌入式技术的不断普及与推广，才使得各种家电、手机、医疗仪器等设备逐渐迈向智能化，国内的高校为了响应国家发展人才战略的号召，尤其是行业紧缺的嵌入式人才，纷纷开设了嵌入式实验课程，然而很多现有的教学平台存在着处理器处理缓慢、硬件接口繁杂等缺陷，且扩展资源不足和教学平台功能不完备；这不利于学生学习的嵌入式理论知识，而且达不到锻炼学生进行自主的嵌入式开发能力。

技术实现要素：

为了方便嵌入式教学实验的开展，解决现有技术所存在的运算速度低、接口编程复杂等问题，本实用新型提供了一种嵌入式的基于单片机的教学平台，从而锻炼学生的工程开发能力，动手能力以及实践能力。

本实用新型的基于单片机的教学平台包括单片机主控模块、键盘、电源模块、现场可编程门阵列FPGAⅠ、现场可编程门阵列FPGAⅡ、LCD显示器、RS232总线、同步动态随机存储器SDRAM、FLASH内存、GPIB接口、USB接口、示波器、以太网接口、信号发生器、信号调理模块、信号采集模块；

所述的单片机主控模块包括ARM处理器、时钟电路、复位电路、LCD控制器、RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器、USB控制器；键盘与ARM处理器相连，通过键盘向ARM处理器输入命令，ARM处理器连接LCD控制器，LCD控制器连接LCD显示器，ARM处理器通过LCD控制器控制LCD的显示工作；ARM处理器分别连接有RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器和USB控制器，RS232串口与RS232总线相连，SDRAM控制器与同步动态随机存储器SDRAM相连，FLASH控制器与FLASH内存相连，GPIB接口与GPIB控制器相连，USB控制器通过USB接口与示波器连接，USB接口还连接有转换电路，转换电路与以太网接口相连；ARM处理器分别与有现场可编程门阵列FPGAⅠ、现场可编程门阵列FPGAⅡ连接，现场可编程门阵列FPGAⅠ与信号发生器连接，信号采集模块通过信号调理模块与现场可编程门阵列FPGAⅡ连接，信号采集模块获取的信号经信号调理模块处理后发送至现场可编程门阵列FPGAⅡ，然后发送至ARM处理器，时钟电路和复位电路与ARM处理器连接；电源模块与单片机主控模块相连。

进一步，所述电源模块有三条电路，分别为提供5V、3.3V和1.8V工作电压的电路，由电源模块为单片机主控模块供电，三个电路分别与单片机主控模块相连，其中，发光二极管D3和D4分别指示1.8V和3.3V电压的工作状态。

所述FLASH内存是NAND-FLASH 内存。

使用时，可以实现ARM处理器与数据采集处理部分之间的通信功能以及和键盘之间的通信功能，还可以演示USB接口转以太网接口的通信功能，以及演示GPIB接口的数据收发实验等。

本实用新型的优点和有益效果是：

本实用新型极大提高了系统处理的速度，具有丰富的片上系统资源，使得外围接口控制操作大大简化；实验平台的硬件更加简洁，功能细分更加明显，系统管理更加方便；简化了接口编程，使得微处理器的片上系统资源得到了最大程度的利用；采用嵌入式技术，外围系统电路的设计架构比较简单，设计方法比较固定，电路的集成度更高。

附图说明

图1为本实用新型基于单片机的教学平台的结构示意图；

图2为本基于单片机的教学平台的电源模块电路图，其中A图为供ARM处理器内核所用电源电路图；B图为供ARM处理器引脚电源电路图，C图为RTC电源电路图；

图3为本基于单片机的教学平台的时钟电路图；

图4为本基于单片机的教学平台的复位电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不局限于所述内容。

实施例1：如图1、2、3、4所示，本实用新型基于单片机的教学平台包括单片机主控模块、键盘、电源模块、现场可编程门阵列FPGAⅠ、现场可编程门阵列FPGAⅡ、LCD显示器、RS232总线、同步动态随机存储器SDRAM、FLASH内存、GPIB接口、USB接口、示波器、以太网接口、信号发生器、信号调理模块、信号采集模块；

其中单片机主控模块包括ARM处理器、时钟电路、复位电路、LCD控制器、RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器、USB控制器；键盘与ARM处理器相连，ARM处理器连接LCD控制器，LCD控制器连接LCD显示器，ARM处理器通过LCD控制器控制LCD的显示工作；ARM处理器分别连接有RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器和USB控制器，RS232串口与RS232总线相连，SDRAM控制器与同步动态随机存储器SDRAM相连，FLASH控制器与FLASH内存相连，GPIB接口与GPIB控制器相连，USB控制器通过USB接口与示波器连接，USB接口还连接有转换电路，转换电路与以太网接口相连，通过转换电路实现USB与以太网的相互转换；ARM处理器分别与有现场可编程门阵列FPGAⅠ、现场可编程门阵列FPGAⅡ连接，现场可编程门阵列FPGAⅠ与信号发生器连接，信号采集模块通过信号调理模块与现场可编程门阵列FPGAⅡ连接，信号采集模块获取的信号经信号调理模块处理后发送至现场可编程门阵列FPGAⅡ，然后发送至ARM处理器，时钟电路和复位电路与ARM处理器连接；电源模块与单片机主控模块相连。

本装置中信号采集模块为各种传感器模块，用来获取数据，获取的数据通过信号调理模块的处理后，发送至现场可编程门阵列FPGAⅡ中进行处理，FPGAⅠ用来对输出的信号进行处理，处理后的信号经信号发生器输出；键盘具有输入控制命令和设置的作用；单片机主控模块的ARM处理器为装置的控制核心，时钟电路为ARM处理器提供振荡频率，复位电路用来重新起动处理器；装置通过LCD控制器控制LCD的显示工作，单片机主控模块自带的RS232串口用来连接RS232总线，从而实现串口的通信。装置自带的SDRAM控制器可以外接同步动态随机存储器SDRAM从而提供装置的内存空间，装置自带的FLASH控制器可以外接NAND FLASH内存，不仅提高了运行速度，而且可以实现通过NAND FLASH的启动方式，丰富了学习内容；装置通过USB控制器连接USB接口，可将输出信号显示在示波器上，方便观察，而且可以通过转换电路（常规转换电路），将USB接口转换为以太网接口，实现远程通信；装置通过GPIB接口实现通讯连接，还可以通过多种转换电路和器材转换为其他的接口模式，丰富了教学内容。

所述的电源模块与单片机主控模块相连，电源模块共有三条电路，分别提供5V、3.3V和1.8V三种工作电压，由电源模块为单片机主控模块供电，其中，发光二极管D3和D4分别指示1.8V和3.3V电压的工作状态；单片机主控模块与其他电子元件的连接均通过导线连接。

本教学平台提供有三种工作电压，分别为5V、3.3V和1.8V，外接是12V直流稳压电源，而ARM处理器需要的3.3V和1.8V工作电压是电源模块上转变后的5V电压经BM1117-3.3V

和 BM1117-1.8V 得到的，这些不同的电压将会给ARM处理器以及其他芯片的电源供电引脚进行供电，以保证主控模块可以正常工作。

电源供电引脚中：3.3V电压提供给ARM处理器的 MOPVDD、IOVDD、ADCVDD和VCC引脚供电；1.8V电压提供给ARM处理器的内核使用；RTCVDD 提供给RTCVDD引脚。变压器芯片的两端分别接入了去耦电容，用于去除两端电源所携带的噪声信号的干扰。RTC电路的电源电压输出RTCVDD将由1.8V电源电压和后备电池RT1共同提供。

使用时，由电源模块为装置供电，学生使用本平台实现信号采集、处理、分析、显示以及传输等各种硬件连接方式。

本教学平台所用的时钟电路模块采用12MHz的无源晶振，嵌入式ARM微处理器所用的两个PLL电路：ARM_MPLL产生操作MCU的时钟,ARM_UPLL产生操作USB控制器的时钟。时钟电路可以产生CPU 校准时序，通常产生时钟频率都是使用晶体振荡器，所以外接2个22pF的电容和32.768KHz的晶振构成一个RTC振荡电路。接口名称对应为ARM处理器的引脚名称。

本教学平台所用的复位电路采用手动复位方式，采用一个复位芯片74AHC14、一个按键、一个22KΩ电阻、二极管1N4148和电容实现复位电路，通过ARM_NRST引脚实现对ARM处理器JTAG接口复位，采用复位芯片74AHC14和二极管极大提高了复位信号的稳定性和可靠性，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位，这样不但可以解决电源毛刺造成系统不稳定，而且电源缓慢下降也能可靠复位。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。