本實(shí)用新型涉及一種基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)，屬于單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著近代電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，很多行業(yè)中智能化設(shè)備不斷涌現(xiàn)；科學(xué)技術(shù)在取得這些進(jìn)步的同時(shí)，嵌入式技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用；正是由于嵌入式技術(shù)的不斷普及與推廣，才使得各種家電、手機(jī)、醫(yī)療儀器等設(shè)備逐漸邁向智能化，國內(nèi)的高校為了響應(yīng)國家發(fā)展人才戰(zhàn)略的號(hào)召，尤其是行業(yè)緊缺的嵌入式人才，紛紛開設(shè)了嵌入式實(shí)驗(yàn)課程，然而很多現(xiàn)有的教學(xué)平臺(tái)存在著處理器處理緩慢、硬件接口繁雜等缺陷，且擴(kuò)展資源不足和教學(xué)平臺(tái)功能不完備；這不利于學(xué)生學(xué)習(xí)的嵌入式理論知識(shí)，而且達(dá)不到鍛煉學(xué)生進(jìn)行自主的嵌入式開發(fā)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了方便嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展，解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的運(yùn)算速度低、接口編程復(fù)雜等問題，本實(shí)用新型提供了一種嵌入式的基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)，從而鍛煉學(xué)生的工程開發(fā)能力，動(dòng)手能力以及實(shí)踐能力。

本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)包括單片機(jī)主控模塊、鍵盤、電源模塊、現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅠ、現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ、LCD顯示器、RS232總線、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM、FLASH內(nèi)存、GPIB接口、USB接口、示波器、以太網(wǎng)接口、信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊；

所述的單片機(jī)主控模塊包括ARM處理器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、LCD控制器、RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器、USB控制器；鍵盤與ARM處理器相連，通過鍵盤向ARM處理器輸入命令，ARM處理器連接LCD控制器，LCD控制器連接LCD顯示器，ARM處理器通過LCD控制器控制LCD的顯示工作；ARM處理器分別連接有RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器和USB控制器，RS232串口與RS232總線相連，SDRAM控制器與同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM相連，F(xiàn)LASH控制器與FLASH內(nèi)存相連，GPIB接口與GPIB控制器相連，USB控制器通過USB接口與示波器連接，USB接口還連接有轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路與以太網(wǎng)接口相連；ARM處理器分別與有現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅠ、現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ連接，現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅠ與信號(hào)發(fā)生器連接，信號(hào)采集模塊通過信號(hào)調(diào)理模塊與現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ連接，信號(hào)采集模塊獲取的信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊處理后發(fā)送至現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ，然后發(fā)送至ARM處理器，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路與ARM處理器連接；電源模塊與單片機(jī)主控模塊相連。

進(jìn)一步，所述電源模塊有三條電路，分別為提供5V、3.3V和1.8V工作電壓的電路，由電源模塊為單片機(jī)主控模塊供電，三個(gè)電路分別與單片機(jī)主控模塊相連，其中，發(fā)光二極管D3和D4分別指示1.8V和3.3V電壓的工作狀態(tài)。

所述FLASH內(nèi)存是NAND-FLASH 內(nèi)存。

使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)ARM處理器與數(shù)據(jù)采集處理部分之間的通信功能以及和鍵盤之間的通信功能，還可以演示USB接口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口的通信功能，以及演示GPIB接口的數(shù)據(jù)收發(fā)實(shí)驗(yàn)等。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：

本實(shí)用新型極大提高了系統(tǒng)處理的速度，具有豐富的片上系統(tǒng)資源，使得外圍接口控制操作大大簡化；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件更加簡潔，功能細(xì)分更加明顯，系統(tǒng)管理更加方便；簡化了接口編程，使得微處理器的片上系統(tǒng)資源得到了最大程度的利用；采用嵌入式技術(shù)，外圍系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)架構(gòu)比較簡單，設(shè)計(jì)方法比較固定，電路的集成度更高。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)的電源模塊電路圖，其中A圖為供ARM處理器內(nèi)核所用電源電路圖；B圖為供ARM處理器引腳電源電路圖，C圖為RTC電源電路圖；

圖3為本基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)的時(shí)鐘電路圖；

圖4為本基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)的復(fù)位電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。

實(shí)施例1：如圖1、2、3、4所示，本實(shí)用新型基于單片機(jī)的教學(xué)平臺(tái)包括單片機(jī)主控模塊、鍵盤、電源模塊、現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅠ、現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ、LCD顯示器、RS232總線、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM、FLASH內(nèi)存、GPIB接口、USB接口、示波器、以太網(wǎng)接口、信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊；

其中單片機(jī)主控模塊包括ARM處理器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、LCD控制器、RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器、USB控制器；鍵盤與ARM處理器相連，ARM處理器連接LCD控制器，LCD控制器連接LCD顯示器，ARM處理器通過LCD控制器控制LCD的顯示工作；ARM處理器分別連接有RS232串口、SDRAM控制器、FLASH控制器、GPIB控制器和USB控制器，RS232串口與RS232總線相連，SDRAM控制器與同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM相連，F(xiàn)LASH控制器與FLASH內(nèi)存相連，GPIB接口與GPIB控制器相連，USB控制器通過USB接口與示波器連接，USB接口還連接有轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路與以太網(wǎng)接口相連，通過轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)USB與以太網(wǎng)的相互轉(zhuǎn)換；ARM處理器分別與有現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅠ、現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ連接，現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅠ與信號(hào)發(fā)生器連接，信號(hào)采集模塊通過信號(hào)調(diào)理模塊與現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ連接，信號(hào)采集模塊獲取的信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊處理后發(fā)送至現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ，然后發(fā)送至ARM處理器，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路與ARM處理器連接；電源模塊與單片機(jī)主控模塊相連。

本裝置中信號(hào)采集模塊為各種傳感器模塊，用來獲取數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)通過信號(hào)調(diào)理模塊的處理后，發(fā)送至現(xiàn)場可編程門陣列FPGAⅡ中進(jìn)行處理，F(xiàn)PGAⅠ用來對輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，處理后的信號(hào)經(jīng)信號(hào)發(fā)生器輸出；鍵盤具有輸入控制命令和設(shè)置的作用；單片機(jī)主控模塊的ARM處理器為裝置的控制核心，時(shí)鐘電路為ARM處理器提供振蕩頻率，復(fù)位電路用來重新起動(dòng)處理器；裝置通過LCD控制器控制LCD的顯示工作，單片機(jī)主控模塊自帶的RS232串口用來連接RS232總線，從而實(shí)現(xiàn)串口的通信。裝置自帶的SDRAM控制器可以外接同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM從而提供裝置的內(nèi)存空間，裝置自帶的FLASH控制器可以外接NAND FLASH內(nèi)存，不僅提高了運(yùn)行速度，而且可以實(shí)現(xiàn)通過NAND FLASH的啟動(dòng)方式，豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容；裝置通過USB控制器連接USB接口，可將輸出信號(hào)顯示在示波器上，方便觀察，而且可以通過轉(zhuǎn)換電路（常規(guī)轉(zhuǎn)換電路），將USB接口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信；裝置通過GPIB接口實(shí)現(xiàn)通訊連接，還可以通過多種轉(zhuǎn)換電路和器材轉(zhuǎn)換為其他的接口模式，豐富了教學(xué)內(nèi)容。

所述的電源模塊與單片機(jī)主控模塊相連，電源模塊共有三條電路，分別提供5V、3.3V和1.8V三種工作電壓，由電源模塊為單片機(jī)主控模塊供電，其中，發(fā)光二極管D3和D4分別指示1.8V和3.3V電壓的工作狀態(tài)；單片機(jī)主控模塊與其他電子元件的連接均通過導(dǎo)線連接。

本教學(xué)平臺(tái)提供有三種工作電壓，分別為5V、3.3V和1.8V，外接是12V直流穩(wěn)壓電源，而ARM處理器需要的3.3V和1.8V工作電壓是電源模塊上轉(zhuǎn)變后的5V電壓經(jīng)BM1117-3.3V

和 BM1117-1.8V 得到的，這些不同的電壓將會(huì)給ARM處理器以及其他芯片的電源供電引腳進(jìn)行供電，以保證主控模塊可以正常工作。

電源供電引腳中：3.3V電壓提供給ARM處理器的 MOPVDD、IOVDD、ADCVDD和VCC引腳供電；1.8V電壓提供給ARM處理器的內(nèi)核使用；RTCVDD 提供給RTCVDD引腳。變壓器芯片的兩端分別接入了去耦電容，用于去除兩端電源所攜帶的噪聲信號(hào)的干擾。RTC電路的電源電壓輸出RTCVDD將由1.8V電源電壓和后備電池RT1共同提供。

使用時(shí)，由電源模塊為裝置供電，學(xué)生使用本平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、處理、分析、顯示以及傳輸?shù)雀鞣N硬件連接方式。

本教學(xué)平臺(tái)所用的時(shí)鐘電路模塊采用12MHz的無源晶振，嵌入式ARM微處理器所用的兩個(gè)PLL電路：ARM_MPLL產(chǎn)生操作MCU的時(shí)鐘,ARM_UPLL產(chǎn)生操作USB控制器的時(shí)鐘。時(shí)鐘電路可以產(chǎn)生CPU 校準(zhǔn)時(shí)序，通常產(chǎn)生時(shí)鐘頻率都是使用晶體振蕩器，所以外接2個(gè)22pF的電容和32.768KHz的晶振構(gòu)成一個(gè)RTC振蕩電路。接口名稱對應(yīng)為ARM處理器的引腳名稱。

本教學(xué)平臺(tái)所用的復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位方式，采用一個(gè)復(fù)位芯片74AHC14、一個(gè)按鍵、一個(gè)22KΩ電阻、二極管1N4148和電容實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路，通過ARM_NRST引腳實(shí)現(xiàn)對ARM處理器JTAG接口復(fù)位，采用復(fù)位芯片74AHC14和二極管極大提高了復(fù)位信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性，在電源電壓瞬間下降時(shí)使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位，這樣不但可以解決電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下降也能可靠復(fù)位。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。