一种非对称性双核心嵌入式工控机的制作方法

本实用新型涉及工控机领域，具体的说是一种非对称性双核心嵌入式工控机。

背景技术：

工控机即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。

现有的工控机主要采用单核心进行包括数据处理、逻辑运算和通信传输等功能，因为不同的处理核心所擅长的内容也不同，导致现有的工控机效率较低，无法满足多接口、多设备的同步控制需求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种非对称性双核心嵌入式工控机，控制效率高，能够满足多种工况和多种设备的控制需求。

为了实现上述目的，本实用新型采用的具体方案为：一种非对称性双核心嵌入式工控机，包括呈长方体状的机壳，机壳的上端面设置有示波器调节脉冲开关、电源开关、显示屏和电压表接口，机壳的左端面设置有任意波发生器接口和示波器通道接口，机壳的右端面设置有USB-OTG接口、USB-UART接口、TF卡接口、以太网接口、DC电源接口和RS通信接口，机壳的后端面设置有下载接口，机壳的下端面设置有SWD调试接口、风扇接口、JTAG接口和至少一个支架连接件，机壳内部设置ARM处理器、FPGA芯片和电源模块，ARM处理器通过FSMC总线与FPGA芯片电性连接，ARM处理器与示波器调节脉冲开关、电压表接口、TF卡接口、以太网接口、USB-OTG接口、USB-UART接口、SWD调试接口、RS通信接口和下载接口均电性连接，FPGA芯片与显示屏、任意波发生器接口和JTAG接口均电性连接；电源模块包括与USB-OTG接口、USB-UART接口和DC电源接口均电性连接的监控电路。

作为一种优选方案，所述ARM处理器的型号为STM32F407IGT6，所述FPGA芯片的型号为EP4CE10F17C8N。

作为一种优选方案，所述监控电路包括监控器，监控器的型号为ZXCT1009F，监控电路的ISENSE输出与所述ARM处理器的PC5引脚电性连接，监控电路的VSENSE输出与ARM处理器的PC4引脚电性连接。

作为一种优选方案，所述电源模块包括第一调节电路、第二调节电路和第三调节电路，第一调节电路、第二调节电路和第三调节电路均与所述USB-OTG接口、所述USB-UART接口和所述DC电源接口电性连接，第一调节电路用于输出3.3V，第二调节电路用于输出1.2V，第三调节电路用于输出2.5V。

作为一种优选方案，所述第一调节电路包括MP1584稳压器，所述第二调节电路包括RT8008转换器，所述第三调节电路包括RT9193稳压器。

作为一种优选方案，所述USB-OTG接口包括第一转换器，第一转换器的型号为USB3300；所述USB-UART接口包括第二转换器，第二转换器的型号为CH340；所述以太网接口包括以太网控制芯片，以太网控制芯片的型号为W5500。

作为一种优选方案，所述示波器调节脉冲开关电性连接有双通道数字示波器，所述任意波发生器接口电性连接有任意波发生器，所述电压表接口电性连接有隔离电压表。

有益效果：本实用新型采用ARM处理器作为控制核心，负责功能实现、事件处理及接口功能，采用FPGA芯片作为运算核心，负责并行处理、实时性处理及逻辑管理，充分利用不同器件的特性，有效提高了工控机的控制效率，并且ARM处理器和FPGA芯片之间通过并行总线通信，利用并行总线的高带宽和易用性保证了两个核心数据交换的便利性和及时性，从而能够应对越来越高的测试测量及自动控制类产品功能、性能的需求。此外，本实用新型具有多种接口，能够满足多种工况和多种设备的控制需求。

附图说明

图1是本实用新型的机壳的上端面视图；

图2是本实用新型的机壳的左端面面视图；

图3是本实用新型的机壳的右端面视图；

图4是本实用新型的机壳的后端面视图；

图5是本实用新型的机壳的下端面视图；

图6是本实用新型的支架连接件结构剖视图；

图7是本实用新型的电源监控电路示意图；

图8是本实用新型的第一调节电路示意图；

图9是本实用新型的第二调节电路示意图；

图10是本实用新型的第三调节电路示意图；

图11是本实用新型的USB-UART接口连接方式示意图；

图12是本实用新型的USB-OTG接口连接方式示意图；

图13是本实用新型的TF卡接口连接方式示意图；

图14是本实用新型的示波器的交流直流切换电路示意图；

图15是本实用新型的示波器的输入衰减电路示意图；

图16是本实用新型的示波器的程控增益放大电路示意图；

图17是本实用新型的示波器的触发电路示意图；

图18是本实用新型的示波器的AD转换电路示意图；

图19是本实用新型的隔离电压表电路结构示意图；

图20是本实用新型的任意波发生器电路结构示意图A；

图21是本实用新型的任意波发生器电路结构示意图B；

图22是本实用新型的任意波发生器电路结构示意图C；

图23是本实用新型的RS通信接口电路结构示意图。

附图标记：1、机壳，2、示波器调节脉冲开关，3、电源开关，4、显示屏，5、电压表接口，6、任意波发生器接口，7、USB-OTG接口，8、USB-UART接口，9、TF卡接口，10、以太网接口，11、DC电源接口，12、RS通信接口，13、下载接口，14、SWD调试接口，15-风扇接口，16-支架连接件，17-JTAG接口，18-盒体，19-第一通槽，20-第二通槽，21-示波器通道接口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至22，一种非对称性双核心嵌入式工控机，包括呈长方体状的机壳1，机壳1的上端面设置有示波器调节脉冲开关2、电源开关3、显示屏4和电压表接口5，机壳1的左端面设置有任意波发生器接口6和示波器通道接口21，机壳1的右端面设置有USB-OTG接口7、USB-UART接口8、TF卡接口9、以太网接口10、DC电源接口11和RS通信接口12，机壳1的后端面设置有下载接口13，机壳1的下端面设置有SWD调试接口14、风扇接口15、JTAG接口17和至少一个支架连接件16，机壳1内部设置ARM处理器、FPGA芯片和电源模块，ARM处理器通过FSMC总线与FPGA芯片电性连接，ARM处理器与示波器调节脉冲开关2、电压表接口5、TF卡接口9、以太网接口10、USB-OTG接口7、USB-UART接口8、SWD调试接口14、RS通信接口12和下载接口13均电性连接，FPGA芯片与显示屏4、任意波发生器接口6和JTAG接口17均电性连接；电源模块包括与USB-OTG接口7、USB-UART接口8和DC电源接口11均电性连接的监控电路。

进一步的，支架连接件16包括长方形的盒体18，盒体18的上端面开设有一个第二通槽20和两个第一通槽19，第一通槽19和两个第二通槽20均沿盒体18的长度方向延伸，两个第一通槽19分别位于第二通槽20的两端并且与第二通槽20相连通，第一通槽19的宽度小于第二通槽20的宽度，相对应的，支架可以包括一个水平杆和一个垂直杆，在使用时水平杆的两端分别穿过两个第一通槽19伸入到盒体18中，然后在重力作用下机壳1向下移动，使水平杆卡到盒体18内部，并且利用垂直杆对机壳1进行支撑。

在本实施例中，ARM处理器的型号为STM32F407IGT6，FPGA芯片的型号为EP4CE10F17C8N。

监控电路包括监控器，监控器的型号为ZXCT1009F，监控电路的ISENSE输出与ARM处理器的PC5引脚电性连接，监控电路的VSENSE输出与ARM处理器的PC4引脚电性连接。

具体的，电源模块包括第一调节电路、第二调节电路和第三调节电路，第一调节电路、第二调节电路和第三调节电路均与USB-OTG接口7、USB-UART接口8和DC电源接口电性连接，第一调节电路用于输出3.3V，第二调节电路用于输出1.2V，第三调节电路用于输出2.5V。

进一步的，第一调节电路包括MP1584稳压器，第二调节电路包括RT8008转换器，第三调节电路包括RT9193稳压器。

本实用新型提供三种供电方式，三种供电方式可以通过跳线帽进行选择切换。

USB-OTG接口7包括第一转换器，第一转换器的型号为USB3300。第一转换器的DATA0引脚与ARM处理器的PA3引脚连接、DATA1引脚与PB0引脚连接、DATA2引脚与PB1连接、DATA3引脚与PB10连接、DATA4引脚与PB11连接、DATA5引脚与PB12连接、DATA6引脚与PB13连接、DATA7引脚与PB5连接、USB_NXT连接PH4引脚、USB_DIR连接PI11引脚、USB_STP连接PC0引脚、USB_CLK连接PA5引脚。

USB-UART接口8包括第二转换器，第二转换器的型号为CH340。

以太网接口10包括以太网控制芯片，以太网控制芯片的型号为W5500。以太网控制芯片的INTn引脚与ARM处理器的PG2引脚连接、SCSn引脚与PA15连接、SCLK引脚与PB3引脚连接、MISO引脚与PB4引脚连接、MOSI引脚与PA7引脚连接。

示波器调节脉冲开关2电性连接有双通道数字示波器。双通道数字示波器包括两个通道，每个通道包括依次电性连接的交流直流切换电路、输入衰减电路、程控增益放大电路、触发电路和AD转换电路。其中交流直流切换电路的ACDCA、ACDCB分别与核心电路板STM32的PH14引脚和PI1引脚通过排针扩展式接口连接，通过C71器件0.1微法电容与UB2-4.5NU电磁继电器和贴片开关二极管1N4148实现切换。

任意波发生器接口6电性连接有任意波发生器。任意波发生器的性能参数为单通道100MHz采样率和5MHz输出任意波。FPGA芯片输出的数据经过高速DAC904E，封装SOP16的DA转换芯片，转换成模拟信号，然后通过低通滤波器LPF，再经过0~40dB的衰减网络，最后经过功率放大，输出波形。

电压表接口5电性连接有隔离电压表，隔离电压表包括型号为MCP3421的数模转换芯片，数模转换芯片的SDA引脚与ARM处理器的PA10引脚连接，SCL引脚与ARM处理器的PA9引脚连接，实现-48V~48V高精度隔离电压表通道。

RS通信接口包括两个SO8封装的SP3485CN全双共收发器，和一个SO16封装的SP3232EEA收发器，实现在一个7P连接器分别对RS485、RS422和RS232分时复用，远距离传输。

本实用新型采用ARM处理器作为控制核心，负责功能实现、事件处理及接口功能，采用FPGA芯片作为运算核心，负责并行处理、实时性处理及逻辑管理，通过非对称式结构，充分利用不同器件的特性来负责不同的功能，有效提高了工控机的控制效率，并且ARM处理器和FPGA芯片之间通过并行总线通信，利用并行总线的高带宽和易用性保证了两个核心数据交换的便利性和及时性，从而能够应对越来越高的测试测量及自动控制类产品功能、性能的需求。此外，本实用新型具有多种接口，能够满足多种工况和多种设备的控制需求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。