專利名稱：適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合信號(hào)的檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，供高等院校機(jī)電專業(yè)采用實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行混合信號(hào)測(cè)控實(shí)驗(yàn)。
背景技術(shù)：
電子系統(tǒng)在消費(fèi)、醫(yī)療服務(wù)、機(jī)械、電子、工廠自動(dòng)化、航空航天、化工、生物、系統(tǒng)監(jiān)控與測(cè)量等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中往往需要檢測(cè)和處理混合信號(hào)，如三相電機(jī)控制器、機(jī)器人技術(shù)、生化和工業(yè)傳感器以及音頻濾波器、視頻影像處理等都涉及混合信號(hào)。目前，信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置主要面向計(jì)算機(jī)、通信、微電子和電子工程等電類專業(yè)，信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要花費(fèi)較多精力在搭建電子系統(tǒng)和排除故障上，這對(duì)電子技術(shù)不強(qiáng)的機(jī)電專業(yè)學(xué)生提出更高的要求，在某種程度上阻礙了學(xué)生在電子方面的興趣發(fā)展，進(jìn)而影響了學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。迄今為止，還沒有一種能適于機(jī)電專業(yè) 的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，便于學(xué)生較快掌握電子系統(tǒng)方面的綜合知識(shí)，拓展電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)在非電類專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，采用雙處理器架構(gòu)，把PSoC5具有的獨(dú)特可配置模擬數(shù)字特性和STM32F4具有的高性能、實(shí)時(shí)功能、數(shù)字信號(hào)處理特性相結(jié)合，涵蓋了機(jī)電專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需功能。能夠較快、自由、靈活地設(shè)計(jì)出集數(shù)字模擬混合信號(hào)處理電路、具有實(shí)時(shí)控制功能與DSP的信號(hào)處理功能的混合信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)，而不再需要復(fù)雜的外圍電路，減小了板上面積，同時(shí)滿足了集成度和小型化的要求。具有實(shí)時(shí)控制、混合信號(hào)控制、數(shù)字信號(hào)處理、低功耗與低電壓操作、集成度高和易于開發(fā)等特性，提供了一種新型的信號(hào)采集、信號(hào)處理和控制方法；軟硬件的可編程靈活性，不必更改硬件連接，只需簡(jiǎn)單更新軟件即可輕松變更實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊之間相互獨(dú)立，自由組合互聯(lián)性強(qiáng)滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求；此外，通過有線通信和無線通信接口較容易擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)，方便與其他設(shè)備連接，組成功能更強(qiáng)，技術(shù)先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，包括一種適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，包括主板、電源模塊、IXD模塊、電機(jī)控制模塊、PSoC5微處理器模塊及STM32F4微處理器模塊，所述電源模塊為本裝置的各電氣模塊提供電源，所述主板配置有雙微處理器插槽，左半?yún)^(qū)的PSoC5微處理器插槽用于連接PSoC5微處理器模塊，右半?yún)^(qū)的STM32F4微處理器插槽用于連接STM32F4微處理器模塊，PSoC5微處理器模塊及STM32F4微處理器模塊的輸入輸出管腳引致雙排插針通過連接導(dǎo)線與主板的外設(shè)進(jìn)行連接，所述主板連接有多個(gè)外設(shè)及外設(shè)接口，所述外設(shè)及外設(shè)接口包括獨(dú)立按鍵及控制手柄、USART單元、CAN控制單元、CapSense觸摸感應(yīng)單元、含WIFI功能的以太網(wǎng)單元、USB接口、SD卡座、IOK精密電位器、音頻處理單元、攝像頭單元、紅橙綠藍(lán)4色LED燈、連接電機(jī)控制模塊的電機(jī)控制模塊接口、連接IXD模塊的IXD模塊接口和電源模塊連插槽。本發(fā)明的所述電源模塊包括5路輸出端，分別提供5V、3. 3V、2. 8V、2. 5V、1. 8V供電電壓，電源模塊給各電氣模塊供電；電源模塊的輸入端配有9v電池連接座和9V 12V的穩(wěn)壓電壓輸入口。本發(fā)明的所述LCD模塊給用戶提供了多種LCD接口，分別是字符型LCD接口、圖形LCD 接口和 TFT LCD 接口。本發(fā)明的所述TFT IXD接口提供了觸摸屏的連接端，可驅(qū)動(dòng)最大7寸800*480分辨率的IXD觸摸屏。本發(fā)明的所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊包含兩路編碼器接口、電流檢測(cè)接口和控制信號(hào)輸出端口，兩路編碼器接口可接光電編碼器和霍爾傳感器；電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)的控制。 雙微處理器模塊包含PSOC5模塊和STM32F4模塊。PSOC5具有獨(dú)特的可配置模塊陣列，能夠通過單個(gè)芯片提供MCU、存儲(chǔ)器、模擬和數(shù)字外設(shè)功能。其模擬功能涵蓋了從熱電偶信號(hào)(接近直流電壓)到超聲波信號(hào)的廣泛信號(hào)范圍，可以處理數(shù)十個(gè)數(shù)據(jù)采集通道以及每個(gè)GPIO引腳上的模擬輸入，高精度可編程模擬資源，可以配置為ADC、DAC、TIA、混合器、PGA、運(yùn)放以及其他模擬器件。PSoC5的高性能可配置數(shù)字系統(tǒng)，具有USB、多主控12C以及CAN等接口，可配置為8/16/24/32位計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、PWM以及更多高級(jí)數(shù)字外設(shè)。PSoC5還具有易于配置的邏輯陣列，至所有I/O引腳的靈活路由，以及高性能的32位ARM Cortex-M3微處理器內(nèi)核。通過分層式電路圖設(shè)計(jì)輸入工具，設(shè)計(jì)人員可以使用包含眾多預(yù)建組件和布爾基元的資料庫(kù)，輕松創(chuàng)建系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。使用PSoC5不僅可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字的集成，而且只需通過簡(jiǎn)單的固件更新，即可輕松納入最新的設(shè)計(jì)變更。STM32F4基于ARM CorteX-M4系列處理器，旨在為用戶提供新的開發(fā)自由度。它具有高性能、實(shí)時(shí)功能、數(shù)字信號(hào)處理、低功耗與低電壓操作特性，同時(shí)還保持了集成度高和易于開發(fā)的特點(diǎn)。集成了新的DSP和FPU指令，以滿足需要有效且易于使用的控制和信號(hào)處理功能混合的數(shù)字信號(hào)控制需要。采用多重AHB總線矩陣和多通道DMA控制器，可支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理，數(shù)據(jù)傳輸速率極快。提供IMB片上Flash，192KB SRAM,支持片外Flash，SRAM, PSRAM, NOR及NAND Flash。豐富的外圍設(shè)備，比如，攝像頭接口、密碼處理器、以太網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口，音效PLL及I2S，多個(gè)通訊接口 USART、SPI、I2C、2個(gè)CAN、SDIO等。提供了大量工具和軟件選項(xiàng)，為小型項(xiàng)目和完整平臺(tái)的理想選擇。本發(fā)明具有的有益效果是采用雙處理器架構(gòu)，即可獨(dú)立使用也可聯(lián)合使用，把PSoC5具有的獨(dú)特可配置模擬數(shù)字特性和STM32F4具有的高性能、實(shí)時(shí)功能、數(shù)字信號(hào)處理特性相結(jié)合，涵蓋了機(jī)電專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需功能。PS0C5和STM32F4均是高性能高集成度的微處理器，可簡(jiǎn)化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低功耗，縮小PCB尺寸，且提供了所有外設(shè)的底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)，便于更快地開發(fā)應(yīng)用程序，降低軟件編寫難度，適合硬件技術(shù)不強(qiáng)、軟件技術(shù)不專的機(jī)電專業(yè)學(xué)生進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式開發(fā)；具有實(shí)時(shí)控制、混合信號(hào)控制、數(shù)字信號(hào)處理、低功耗與低電壓操作、集成度高和易于開發(fā)等特性，提供了一種新型的信號(hào)采集、信號(hào)處理和控制方法；軟硬件的可編程靈活性，不必更改硬件連接，只需簡(jiǎn)單更新軟件即可輕松變更實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊之間相互獨(dú)立，自由組合互聯(lián)性強(qiáng)滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求；此外，通過有線通信和無線通信接口較容易擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)，方便與其他設(shè)備連接，組成功能更強(qiáng)，技術(shù)先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的布局實(shí)例圖；本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。·具體實(shí)施例如圖I、圖2所示。本發(fā)明提供一種適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，包括主板、電源模塊、IXD模塊、電機(jī)控制模塊、PSoC5微處理器模塊及STM32F4微處理器模塊。主板配有雙微處理器插槽,左半?yún)^(qū)的PSoC5模塊插槽用于連接PSoC5微處理器模塊和右半?yún)^(qū)的STM32F4微處理器插槽用于連接STM32F4微處理器模塊，兩微處理器模塊的輸入輸出管腳引致雙排插針通過連接導(dǎo)線與主板的外設(shè)進(jìn)行連接，兩個(gè)處理器可單獨(dú)使用也和配合使用，配合使用時(shí)通過連接兩處理器的SPI接口進(jìn)行通訊。主板有豐富的外設(shè)，所述主板連接有多個(gè)外設(shè)及外設(shè)接口，所述外設(shè)及外設(shè)接口包括獨(dú)立按鍵及控制手柄、USART單元、CAN控制單元、CapSense觸摸感應(yīng)單元、含WIFI功能的以太網(wǎng)單元、USB接口、SD卡座、IOK精密電位器、音頻處理單元、攝像頭單元、紅橙綠藍(lán)4色LED燈、連接電機(jī)控制模塊的電機(jī)控制模塊接口、連接IXD模塊的IXD模塊接口和電源模塊連插槽。具體的主板布局如圖2所示，主要有4個(gè)可編程的獨(dú)立按鍵和一個(gè)控制手柄(5向鍵),USART單元、CAN控制單元、CapSense觸摸感應(yīng)單元、以太網(wǎng)單元(含WIFI功能)、USB接口、SD卡座、IOK精密電位器、音頻處理單元、攝像頭單元、紅橙綠藍(lán)4色LED燈、電機(jī)控制模塊接口、LCD模塊接口，電源模塊連插槽。所述電機(jī)控制模塊接口用于連接電機(jī)控制模塊。IXD模塊接口用于連接IXD模塊。這些單元作為實(shí)驗(yàn)常用的外設(shè)布置在主板上，便于實(shí)驗(yàn)者按照不同實(shí)驗(yàn)要求搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。電源模塊主要給實(shí)驗(yàn)裝置供電，它包括5路輸出端，分別提供5V、3. 3V、2. 8V、
2.5V、I. 8V供電電壓，給其他連接模塊供電；電源模塊的輸入端配有9v電池連接座和9V 12V的穩(wěn)壓電壓輸入口。IXD模塊，給用戶提供了多種IXD接口，分別是字符型IXD接口、圖形IXD接口、TFT IXD接口，滿足用戶不同需求。TFT IXD接口提供了觸摸屏的連接端，可驅(qū)動(dòng)最大7寸800*480分辨率的IXD觸摸屏。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊包含兩路編碼器接口、電流檢測(cè)接口和控制信號(hào)輸出端口，兩路編碼器接口可接光電編碼器和霍爾傳感器；電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)的控制。雙微處理器模塊包含PSoC5模塊和STM32F4模塊。PSoC5為可編程模擬和數(shù)字嵌入式平臺(tái)，32位應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)無與倫比的上市速度、集成度和靈活性。高精度可編程模擬資源，可以配置為ADC、DAC、TIA、混合器、PGA、運(yùn)放以及其他模擬器件，還包括增強(qiáng)型的基于可編程邏輯的數(shù)字資源，可配置為8/16/24/32位計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、PWM以及更多高級(jí)數(shù)字外設(shè)。所擁有的基于PLD的全功能通用邏輯使設(shè)計(jì)者們擁有了獨(dú)特的能力，可以對(duì)這一數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行客戶化設(shè)計(jì)。并具有豐富的片上外設(shè)模塊。PSoC5內(nèi)嵌32位ARMCortex-M3處理器，運(yùn)算速度高達(dá)100DMIPS。因提供O. 5 5. 5V的電壓范圍和低至200nA的休眠電流，它們均可滿足極低功耗應(yīng)用的要求。PSoC5具有管腳和API兼容性的無縫可編程設(shè)計(jì)平臺(tái)，且擁有可編程通路，允許任何模擬或數(shù)字信號(hào)分配到任何通用1/0，從而簡(jiǎn)化了電路板布局。STM32F4系列處理器以ARM Cortex_M4內(nèi)核為基礎(chǔ)，集成了新的DSP和FPU指令，以滿足需要有效且易于使用的控制和信號(hào)處理功能混合的數(shù)字信號(hào)控制需要。STM32F4采用多重AHB總線矩陣和多通道DMA控制器，可支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理，數(shù)據(jù)傳輸速率極快。內(nèi)核的浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU提升控制算法的執(zhí)行速度，提高代碼執(zhí)行效率。提供IMB 片上 Flash，192KBSRAM，支持片外 Flash，SRAM, PSRAM, NOR 及 NAND Flash。外圍設(shè)備方面，攝像頭接口、密碼處理器、以太網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口。音效PLL及I2S :多個(gè)通訊接口 USART、SPI、I2C、2 個(gè) CAN、SDIO0以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括主板、電源模塊、IXD模塊、電機(jī)控制模塊、PSoC5微處理器模塊及STM32F4微處理器模塊，所述電源模塊為本裝置的各電氣模塊提供電源，所述主板配置有雙微處理器插槽，左半?yún)^(qū)的PSoC5微處理器插槽用于連接PSoC5微處理器模塊，右半?yún)^(qū)的STM32F4微處理器插槽用于連接STM32F4微處理器模塊，PSoC5微處理器模塊及STM32F4微處理器模塊的輸入輸出管腳引致雙排插針通過連接導(dǎo)線與主板的外設(shè)進(jìn)行連接，所述主板連接有多個(gè)外設(shè)及外設(shè)接口，所述外設(shè)及外設(shè)接口包括獨(dú)立按鍵及控制手柄、USART單元、CAN控制單元、CapSense觸摸感應(yīng)單元、含WIFI功能的以太網(wǎng)單元、USB接口、SD卡座、IOK精密電位器、音頻處理單元、攝像頭單元、紅橙綠藍(lán)4色LED燈、連接電機(jī)控制模塊的電機(jī)控制模塊接口、連接LCD模塊的LCD模塊接口和電源模塊連插槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述電源模塊包括5路輸出端，分別提供5V、3. 3V、2. 8V、2. 5V、1. 8V供電電壓，電源模塊給各電氣模塊供電；電源模塊的輸入端配有9v電池連接座和9V 12V的穩(wěn)壓電壓輸入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述IXD模塊給用戶提供了多種IXD接口，分別是字符型IXD接口、圖形IXD接口和TFT IXD接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述TFT IXD接口提供了觸摸屏的連接端，可驅(qū)動(dòng)最大7寸800*480分辨率的IXD觸摸屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊包含兩路編碼器接口、電流檢測(cè)接口和控制信號(hào)輸出端口，兩路編碼器接口可接光電編碼器和霍爾傳感器；電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)的控制。
全文摘要
一種適于機(jī)電專業(yè)的混合信號(hào)檢測(cè)處理實(shí)驗(yàn)裝置，包括主板、電源模塊、LCD模塊、電機(jī)控制模塊、PSoC5微處理器模塊及STM32F4微處理器模塊，所述電源模塊為本裝置的各電氣模塊提供電源，所述主板配置有雙微處理器插槽，左半?yún)^(qū)的PSoC5微處理器插槽用于連接PSoC5微處理器模塊，右半?yún)^(qū)的STM32F4微處理器插槽用于連接STM32F4微處理器模塊，PSoC5微處理器模塊及STM32F4微處理器模塊的輸入輸出管腳引致雙排插針通過連接導(dǎo)線與主板的外設(shè)進(jìn)行連接，所述主板連接有多個(gè)外設(shè)及外設(shè)接口。本發(fā)明采用雙處理器架構(gòu)，把PSoC5具有的獨(dú)特可配置模擬數(shù)字特性和STM32F4具有的高性能、實(shí)時(shí)功能、數(shù)字信號(hào)處理特性相結(jié)合，涵蓋了機(jī)電專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需功能。
文檔編號(hào)G09B23/18GK102881211SQ201210434918
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者毛瑞卿, 馬西良, 王勇 申請(qǐng)人:徐州工程學(xué)院