基于多处理器的电子电气测控平台的制作方法

本实用新型涉及一种测控平台，具体是指一种基于多处理器的电子电气测控平台。

背景技术：

现有嵌入式系统测控平台，主要采用单板结构，将处理器处理器、存储器、通讯模块、数据测量模块、控制模块、人机交互模块等集成在一块电路板上，使用过程中灵活性、通用性受到限制。该装置采用将处理器处理器直接集成于主板上的方式，无法根据不同的应用场合及用户需求选择不同类型的控制器；同时该装置仅集成单一处理器，在无FPGA及模数、数模转换模块，扩展数据和地址总线及提供高速数据处理的功能的情况下，很难兼顾高精度、高速率等不同指标的数据采集需求，而上述功能对于一个实用的、通用的电子电气测控平台往往是不可缺少的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述背景技术中的不足之处，提供一种基于多处理器的电子电气测控平台，其处理器模块、数模混合电路模块采用通过插座直接插拔的安装方式，具有硬件构造的开放性和灵活性。处理器模块采用以不同控制器为核心的Launchpad系列开发板，可根据不同用户需求选择不同功能的处理器。数模混合电路模块集成FPGA及模数、数模转换模块，用于高速数据处理和扩展处理器的地址和数据总线，以便于构成一个通用的电子电气测控平台。

为达到上述目的，本实用新型采用的方法是：

一种基于多处理器的电子电气测控平台，包含主板、处理器模块、数模混合电路模块；所述主板集成通讯子模块、PWM控制子模块、人机交互子模块和电源管理子模块；所述处理器模块采用以ARM-TM4C129系列微控制器或MSP430/432系列单片机为核心的Launchpad开发板，并通过IDC双列直插插座安装在主板上；所述数模混合电路模块集成FPGA及模数、数模转换模块，具有高速数据采集与产生功能，并通过FX-8型号的插座以直插形式安装在主板上；其余子模块直接集成在主板上。

所述处理器模块接口兼容以MSP430/432系列单片机为核心的40引脚IDC双列直插接口标准的Launchpad开发板，及以ARM-TM4C129系列微控制器为核心的80引脚IDC双列直插接口标准的Launchpad开发板，并可通过多组跳线在上述两个系列的Launchpad开发板之间进行切换选择。

所述跳线通过采用正确的跳线帽短接方式，当处理器模块采用以MSP430/432系列单片机为核心的Launchpad开发板时，将处理器总线连接至主板总线；当处理器模块采用以ARM-TM4C129系列微控制器为核心的Launchpad开发板时，将处理器总线分别连接至主板总线与数模混合电路模块集成的FPGA的总线。

所述处理器模块采用以ARM-TM4C129系列微控制器为核心的80引脚接口标准的Launchpad开发板时，数模混合电路模块集成的FPGA的数据、地址、控制总线连接至处理器模块的外设接口EPI总线。

所述数模混合电路模块具有高速数据采集与产生等功能，包含采样率达500Msps的双通道高速DAC数模转换电路、采样率达200Msps的高速ADC模数转换电路、支持差分与单端两种模拟信号输入形式和单、双电源两种供电形式的ADC前级调理电路；所述高速数模、模数转换器接口总线以并行方式与FPGA端子连接。

所述电源管理子模块分别为处理器模块、数模混合电路模块、主板提供不同电压等级的数字或模拟直流电源。

所述通讯子模块包括以太网接口、RS232接口、USB接口。

所述PWM控制子模块提供8路经隔离驱动的频率脉宽可调PWM信号，可直接连接至外部电机驱动控制电路。

所述人机交互子模块包括4*4矩阵键盘、液晶显示屏、VGA接口；所述VGA接口连接至数模混合电路模块集成的FPGA端子。

有益效果：

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：处理器模块、数模混合电路模块采用通过插座插拔的安装方式，具有硬件灵活性，处理器模块可根据用户需求选择不同类型处理器，通用性较强，基于多处理器的设计方案兼顾高精度、高速率等不同测控需求，具有功能完整性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的处理器模块接口示意图；

图3是本实用新型的数模混合电路模块结构示意图；

图4是本实用新型的人机交互子模块结构示意图；

图5是本实用新型的电源管理子模块结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本实用新型提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1所示，基于多处理器的电子电气测控平台，包括：处理器模块、数模混合电路模块、电源管理子模块、通讯子模块、人机交互子模块、PWM控制子模块。

处理器模块采用以ARM-TM4C129系列微控制器或MSP430/432系列单片机为核心的Launchpad开发板。例如以ARM TM4C1294微控制器为核心、80引脚接口标准的Launchpad开发板和以MSP432P401R单片机为核心、40引脚接口标准的Launchpad开发板。

如图2所示，主板上集成了兼容上述两种Launchpad接口标准的四组IDC双列直插插座（20引脚），即IDC双列直插插座101、IDC双列直插插座102、IDC双列直插插座201和IDC双列直插插座202，并根据不同的Launchpad开发板类型，通过多组L形四脚跳线选择不同的处理器总线连接形式。

当处理器模块采用以ARM-TM4C129系列微控制器为核心的Launchpad开发板时，通过将L形四角跳线的301脚和302脚短接、303脚和304脚短接，可将处理器外设接口EPI总线连接至FPGA端子，处理器数据、地址和控制总线连接至主板数据、地址和控制总线。处理器模块可同时与数模混合电路模块集成的FPGA，和主板集成的子模块进行数据通信、控制等操作。

当处理器模块采用以MSP430/432系列单片机为核心的Launchpad开发板时，通过将跳线的301脚和303脚短接、302脚和304脚悬空，可将处理器数据、地址和控制总线连接至主板数据、地址和控制总线。处理器模块只与主板集成的子模块进行数据通信、控制等操作。

如图3所示，数模混合电路模块包含FX8插座101、FX8插座102，SMA接口J201、J202、J203、J204、J301、J302、J305，高速DAC转换电路205，信号调理电路303，高速ADC转换电路304，外接电源接口306，FPGA401。

数模混合电路模块通过FX8插座101、FX8插座102以直插的方式安装在主板上。FPGA为Artix-7系列FPGA芯片，部分FPGA总线连接至处理器模块的外设接口EPI总线（当处理器为ARM-TM4C129系列控制器时），部分FPGA端子连接至人机交互子模块的VGA接口，另外分别引出1.8V、3.3V电压等级的IO接口各16路（PMOD接口）。

高速DAC转换电路205采用双通道高速DAC芯片DAC3162，采样率达500Msps，FPGA401与DAC总线采用并行方式连接，DAC采样时钟由FPGA提供。DAC输出支持差分和单端两种模式。

高速ADC转换电路304采用单通道高速ADC芯片ADS4128，采样率达200Msps，数据接口采用并行方式连接至FPGA。ADS4128采样时钟可选择由FPGA板载时钟源（100MHZ）或外接时钟源提供。

信号调理电路303采用高速运算放大器LMH6554，支持差分、单端两种模拟信号输入形式，支持单双电源两种供电形式，既可由板载电源提供+5V单端电源，也可通过外接电源接口306提供双端正负电源。

如图4所示，人机交互子模块包括VGA接口101、液晶显示器102、矩阵键盘103；VGA接口101控制总线连接至FPGA端子，液晶显示器102采用12864液晶显示器，矩阵键盘103采用4*4按键矩阵键盘，液晶显示器和矩阵键盘的控制总线连接至处理器模块总线。

如图5所示，电源管理子模块包括DC电源插座101、电源转换电路102、电源转换电路103、电源转换电路104。DC电源插座101通过220V工频交流电源转12V/3.5A规格的电源适配器向主板提供12V稳压直流电源。电源转换电路102采用开关型集成稳压芯片LM2596向数模混合电路模块提供5V/1.5A的稳压直流电源。电源转换电路103采用开关型集成稳压芯片LM2596向处理器模块提供5V/0.5A的稳压直流电源。电源转换电路104采用低压差电压调节器LM1117向主板集成的数字电路提供3.3V/0.5A的稳压直流电源。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。