一種模塊化電子設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子設(shè)計(jì)教學(xué)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種模塊化電子設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在市場(chǎng)上訓(xùn)練學(xué)生電子設(shè)計(jì)操作能力的實(shí)驗(yàn)箱大多實(shí)現(xiàn)的功能比較單一，但硬件開銷、軟件編程又過于復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)固定，不利于學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的理解和動(dòng)手能力的
[0003]同時(shí)，現(xiàn)在市場(chǎng)上的電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)箱中包含的實(shí)驗(yàn)大多都只能單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)電壓范圍可能存在差異，使各個(gè)實(shí)驗(yàn)間不能相互聯(lián)系，互相融合使用，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)箱使用范圍狹窄、效率降低。
[0004]另外，由于實(shí)驗(yàn)箱自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往整個(gè)實(shí)驗(yàn)箱的電路布線在一起，使得學(xué)生容易誤操作而造成實(shí)驗(yàn)性損壞，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，往往不利于按照模塊化的方式查找出問題所在，從而造成實(shí)驗(yàn)箱待修數(shù)量大，資源浪費(fèi)，維護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0005]現(xiàn)有的電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)箱大多以單片機(jī)作為單片機(jī)模塊，使得電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)箱成為以單片機(jī)為主的實(shí)驗(yàn)箱，但隨著功能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜化和元器件的多樣化，實(shí)驗(yàn)成本不斷提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種模塊化電子設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，以期能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)箱的電路結(jié)構(gòu)，降低硬件成本，并能組合各功能模塊，豐富實(shí)驗(yàn)功能，從而使得實(shí)驗(yàn)箱功能更加強(qiáng)大。
[0007]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0008]本實(shí)用新型一種模塊化電子設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括:單片機(jī)模塊、CPLD模塊、放大模塊、濾波模塊、串行ADC模塊、串行DAC模塊、通信下載模塊、CPLD下載模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊和電源模塊；
[0009]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述單片機(jī)模塊、放大模塊和鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)程控增益放大功能:
[0010]所述放大模塊接收信號(hào)源，所述單片機(jī)模塊利用所述鍵盤模塊獲取放大倍數(shù)后傳遞給所述放大模塊，所述放大模塊對(duì)所接收的信號(hào)源和放大倍數(shù)進(jìn)行放大處理，從而實(shí)現(xiàn)程控增益放大功能；
[0011]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述單片機(jī)模塊、濾波模塊和鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)程控濾波功能:
[0012]所述濾波模塊接收信號(hào)源，所述單片機(jī)模塊利用所述鍵盤模塊獲取濾波參數(shù)后傳遞給所述濾波模塊，所述濾波模塊對(duì)所接收的信號(hào)源和濾波參數(shù)進(jìn)行濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)程控濾波功能；
[0013]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述單片機(jī)模塊和液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)采集并顯示功會(huì)K:
[0014]所述單片機(jī)模塊接收數(shù)字信號(hào)源產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)并傳遞給所述液晶顯示模塊，液晶顯示模塊對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行顯示，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)采集并顯示功能；
[0015]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述單片機(jī)模塊、放大模塊、濾波模塊、串行ADC模塊、鍵盤模塊和液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)采集并顯示功能:
[0016]所述放大模塊接收模擬信號(hào)源產(chǎn)生的模擬信號(hào)；所述單片機(jī)模塊利用所述鍵盤模塊獲取放大倍數(shù)和濾波參數(shù)后分別傳遞給所述放大模塊和濾波模塊所述放大模塊根據(jù)所述放大倍數(shù)對(duì)所述模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理后傳遞給所述濾波模塊的；所述濾波模塊對(duì)所接收的放大信號(hào)進(jìn)行濾波處理后傳遞給所述串行ADC模塊用于轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述單片機(jī)模塊將所接收的放大濾波數(shù)字信號(hào)傳遞給所述液晶顯示模塊用于顯示，從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)
會(huì)K ；
[0017]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述單片機(jī)模塊和通信下載模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通信功能:
[0018]上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)模塊通過通信下載模塊與單片機(jī)模塊連接接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)；單片機(jī)模塊接收上位機(jī)數(shù)據(jù)后通過通信下載模塊將接收到的數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)，上位機(jī)顯示獲得數(shù)據(jù)返回?cái)?shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通信功能；
[0019]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述CPLD模塊和數(shù)碼管顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)數(shù)功能:
[0020]所述CPLD模塊包括:有源晶振、計(jì)數(shù)器、分頻器、鎖存器和接口電路；所述有源晶振發(fā)送固定頻率信號(hào)給所述分頻器進(jìn)行分頻處理后傳遞給所述計(jì)數(shù)器進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)；將所獲得的計(jì)數(shù)結(jié)果傳遞給所述鎖存器；所述CPLD模塊通過所述接口電路將所述計(jì)數(shù)結(jié)果發(fā)送給所述數(shù)碼管顯示模塊用于顯示，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)數(shù)功能；
[0021]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述單片機(jī)模塊、CPLD模塊、液晶顯示模塊和鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)最小系統(tǒng)功能:
[0022]在CPLD模塊中設(shè)計(jì)外圍接口電路和復(fù)位電路，所述液晶顯示模塊和鍵盤模塊通過CPLD模塊與單片機(jī)模塊連接，單片機(jī)模塊通過鍵盤模塊獲取所述復(fù)位電路的復(fù)位信號(hào)，通過液晶顯示模塊顯示所述復(fù)位信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)最小系統(tǒng)功能；
[0023]所述實(shí)驗(yàn)箱利用所述單片機(jī)模塊、CPLD模塊、放大模塊、濾波模塊、串行DAC模塊和鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)發(fā)生器功能:
[0024]所述CPLD模塊將產(chǎn)生的正弦信號(hào)發(fā)送給所述串行DAC模塊用于轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號(hào)；所述串行DAC模塊將所述模擬正弦信號(hào)傳遞給所述濾波模塊；所述單片機(jī)模塊利用所述鍵盤模塊獲取放大倍數(shù)和濾波參數(shù)后分別傳遞給所述放大模塊和濾波模塊；所述濾波模塊根據(jù)所接收的模擬正弦信號(hào)和濾波參數(shù)進(jìn)行濾波處理后傳遞給所述放大模塊；所述放大模塊根據(jù)所接收的濾波后的模擬正弦信號(hào)和放大倍數(shù)進(jìn)行放大處理；從而實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)發(fā)生器功能。
[0025]與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0026]1、本實(shí)用新型通過模塊化的設(shè)計(jì)方案，可以自由組合各功能模塊以實(shí)現(xiàn)特定功能，同時(shí)結(jié)合了單片機(jī)和CPLD，采用了串行總線、開關(guān)電容濾波器等主流電子設(shè)計(jì)技術(shù)和器件，強(qiáng)調(diào)硬件和軟件結(jié)合，從而解決了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)箱可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容太復(fù)雜或太簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象單一等問題，提高了實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的豐富度，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，擴(kuò)大了電子設(shè)計(jì)的范圍，并降低了實(shí)驗(yàn)成本。
[0027]2、本實(shí)用新型程控增益放大功能使用可編程程控增益放大器PGA205集成芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大功能，相比于傳統(tǒng)運(yùn)算放大器，PGA205具有增益誤差小，可編程，并且實(shí)現(xiàn)功能電路簡(jiǎn)單，便于操作，有利于理解程控放大功能的工作原理，幫助學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力。
[0028]3、本實(shí)用新型程控濾波功能采用MAX262開關(guān)電容濾波器，在不需要外部原件的情況下就可以構(gòu)成帶通、低通、高通、陷波和全通配置，可以通過程控設(shè)置其中心頻率fo、品質(zhì)因數(shù)Q和濾波器的工作方式，相比于傳統(tǒng)濾波器采用分立器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻、電容的選擇、匹配和優(yōu)化的復(fù)雜度，而且元器件參數(shù)受溫度影響較大，使用該型號(hào)濾波器實(shí)現(xiàn)功能電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，濾波結(jié)果穩(wěn)定，濾波前后對(duì)比明顯，提高了濾波質(zhì)量。
[0029]4、本實(shí)用新型模擬信號(hào)采集并顯示功能將串行ADC模塊、濾波模塊、放大模塊、和顯示模塊融合在一起，提高了實(shí)驗(yàn)復(fù)雜性。串行ADC模塊中使用ADS1100，該芯片內(nèi)部集成PGA程控增益放大器，最高可對(duì)信號(hào)進(jìn)行8倍放大，從而可以對(duì)更小信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，ADS1100使用可兼容的I2C總線接口，同時(shí)串行ADC具有功耗低，體積小，占用單片機(jī)I/O端口少等優(yōu)點(diǎn)，從而使更多的端口可以被用來(lái)連接其他模塊，增加實(shí)驗(yàn)豐富性。
[0030]5、本實(shí)用新型數(shù)字頻率計(jì)功能采用MAX7000S系列的EPM7128SLC84-15作為主控制器，該CPLD引腳較少，功能實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于初學(xué)者對(duì)于CPLD的學(xué)習(xí)和使用；該功能實(shí)現(xiàn)完全依靠對(duì)CPLD內(nèi)部結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)，不需要外接信號(hào)源，使實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)潔。
[0031]6、本實(shí)用新型基于CPLD的單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能，相對(duì)于傳統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)需要通過單片機(jī)外部布線，并且結(jié)構(gòu)固定，通過CPLD軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生連接電路，可減少實(shí)驗(yàn)箱使用空間，降低實(shí)驗(yàn)成本，并且實(shí)驗(yàn)電路具有可變性，提高學(xué)生的主觀設(shè)計(jì)能力。
[0032]7、本實(shí)用新型正弦信號(hào)發(fā)生器功能實(shí)現(xiàn)，結(jié)合了 CPLD和單片機(jī)兩種控制器，較現(xiàn)有電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)箱要么僅有單片機(jī)作為控制器，或僅有CPLD作為控制器而限制了電子設(shè)計(jì)的范圍，本實(shí)用新型CPLD和單片機(jī)的結(jié)合使用，提高了電子設(shè)計(jì)的功能多樣性，同時(shí)使用CPLD可以優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。
[0033]8、本實(shí)用新型采用獨(dú)立電源模塊分別給每個(gè)功能模塊提供各自需要的不同幅值電壓，每個(gè)功能模塊與電源模塊已經(jīng)連接固定，一方面可以對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，避免電壓不適引起的元器件損害，另一方面可以保障每個(gè)功能模塊正常工作。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本實(shí)用新型整體模塊示意圖；
[0035]圖2為本實(shí)用新型程控增益放大功能示意圖；
[0036]圖3為本實(shí)用新型程控濾波功能示意圖；
[0037]圖4為本實(shí)用新型數(shù)字信號(hào)采集并顯示功能示意圖；
[0038]圖5為本實(shí)用新型模擬信號(hào)采集并顯示功能示意圖；
[0039]圖6為本實(shí)用新型單片機(jī)與PC機(jī)通信功能示意圖；
[0040]圖7為本實(shí)用新型數(shù)字頻率計(jì)功能示意圖；
[0041]圖8為本實(shí)用新型基于CPLD的單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能不意圖；
[0042]圖9為本實(shí)用新型正弦信號(hào)發(fā)生器功能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]如圖1所示，本實(shí)施例中，一種模塊化電子設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱是以單片機(jī)和CPLD為主控制器，通過組合各功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功能，包括:單片機(jī)模塊、CPLD模塊、放大模塊、濾波模塊、串行ADC模塊、串行DAC模塊、通信下載模塊、CPLD下載模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊和電源模塊；具體實(shí)施中，放大模塊采用PGA205型芯片實(shí)現(xiàn)；CPLD模塊采用型號(hào)為MAX7000S系列的EPM7128SLC84-15為主控制器。
[0044]實(shí)現(xiàn)功能一:實(shí)驗(yàn)箱利用單片機(jī)模塊、放大模塊和鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)