螢火蟲發(fā)光模擬器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子設備，尤其是一種基于USB2.0 (Universal Serial Bus2.0)技術的螢火蟲發(fā)光模擬裝置。
【背景技術】
[0002]在生物學和仿生學領域對螢火蟲的研宄中，常常需要使用波形發(fā)生裝置對不同種類螢火蟲的發(fā)光特性曲線進行模擬，并通過模擬波形驅動發(fā)光二極管以達到模仿螢火蟲發(fā)光的效果。
[0003]目前還沒有一種專門的螢火蟲發(fā)光模擬裝置，而且市場上大多數(shù)基于USB2.0波形發(fā)生器都是利用USB和FPGA共同完成波形產(chǎn)生，這種方案的成本較高，電路復雜很難滿足低成本，高便攜性的設計要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術】中的問題，本發(fā)明提出了一種低成本、便攜性高的螢火蟲發(fā)光模擬裝置。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案是:螢火蟲發(fā)光模擬器，其特殊之處在于:包括用于輸出數(shù)據(jù)的上位機、與上位機連接并通過USB2.0接口接收數(shù)據(jù)的USB控制器、與USB控制器連接的程序存儲單元、用于將數(shù)字信號轉換為模擬信號的數(shù)模轉換器，與數(shù)模轉換器連接的末端模擬信號放大電路和多路LED模塊，和與所述USB控制器、數(shù)模轉換器、存儲單元連接用于提供額定電壓電流的電源模塊。
[0006]上述USB控制器包括USB2.0接口芯片、內(nèi)部時鐘單元、I2C控制單元，所述I2C控制單元連接外部EEPROM，所述內(nèi)部時鐘單元連接外部無源晶振。
[0007]上述USB控制器采用的USB2.0接口芯片是Cypress Semiconductor公司的CY7C68013A 芯片。
[0008]上述程序存儲單元為電可擦除只讀存儲器，具體型號是24LC64。
[0009]上述數(shù)模轉換單元是MAX公司的MAX5100。
[0010]上述電源模塊為AMSl 117系列電源芯片。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:充分利用USB控制器的可編程控制功能，實現(xiàn)只利用USB控制器進行數(shù)據(jù)文件傳輸控制和數(shù)模轉換單元時序控制，完成系統(tǒng)預先設計的功能，總體電路結構簡單，可以非常便捷的產(chǎn)生所需特定曲線，以達到模擬不同種類螢火蟲發(fā)光的效果。與常見的FPGA+USB波形產(chǎn)生方法相比，成本低廉，電路簡單，具有較大的靈活性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明螢火蟲發(fā)光模擬器的電路原理圖。
[0013]圖2是圖1所示數(shù)模轉換模塊和USB控制器電路連接示意圖。
[0014]圖3是圖1所示電流放大電路連接示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0016]參見圖1，是本發(fā)明螢火蟲發(fā)光模擬器一種較佳實施方式的框架示意圖。螢火蟲發(fā)光模擬器包括上位機、USB控制器、程序存儲器、數(shù)模轉換器、電源模塊、模擬信號放大電路和多路發(fā)光二極管(LED)。
[0017]USB控制器包括USB2.0接口芯片連接電可擦除可編程只讀存儲器(ElectricalIy Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM)和無源晶振。上位機通過 USB2.0總線連接所述USB控制器。USB控制器還連接數(shù)模轉換器。電源模塊連接USB控制器、數(shù)模轉換器和模擬信號放大電路。數(shù)模轉換器連接模擬信號放大電路。模擬信號放大電路連接多路LED，模擬螢火蟲發(fā)光。
[0018]USB控制器可編程功能基于USB接口芯片內(nèi)部嵌入8051單片機內(nèi)核，通過C語言編程并將程序存儲在外部存儲器(EEPROM)中，利用USB控制器主控模式產(chǎn)生相應控制時序，控制數(shù)模轉換器和USB控制器與上位機之間的通信。
[0019]上位機為利用Visual C++6.0軟件MFC平臺編寫。
[0020]本實施方案中，所述上位機主要功能是利用仿真軟件(MATLAB)產(chǎn)生不同種類螢火蟲發(fā)光特性曲線所需數(shù)據(jù)文件，并通過USB2.0接口實時傳輸至螢火蟲發(fā)光模擬器中，此外所述上位機還可查詢螢火蟲發(fā)光模擬器工作狀態(tài)，存儲USB2.0芯片固件驅動程序。
[0021]USB 控制器采用 USB2.0 接口芯片為 Cypress Semiconductor 公司的 Cy7c68013A系列芯片。
[0022]數(shù)模轉換器包括D/A轉換芯片，采用MAX5100芯片，該芯片控制信號簡單，數(shù)模轉換精度高，四路輸出并具有數(shù)據(jù)鎖存功能，可以使系統(tǒng)硬件設計更加便捷。
[0023]USB接口芯片有三種控制模式:主控I/O模式(GP1)，從模式(Slave FIFOs)和可編程模式(GPIF)。當USB接口芯片采用主控模式時，利用芯片內(nèi)部嵌入的8051單片機內(nèi)核的可編程性，使用C語言編寫外圍電路的控制時序。所述USB控制器通過內(nèi)部可編程性控制數(shù)模轉換器，電路連接如圖2所示。
[0024]參見圖2，其中WR是數(shù)模轉換芯片‘寫’有效信號，LDAC是其數(shù)據(jù)鎖存信號，A[1:0]是選擇4個數(shù)據(jù)鎖存器的地址線，DA[7:0]是數(shù)據(jù)線。其工作過程為:上位機通過USB總線向USB控制器發(fā)送數(shù)據(jù)文件時，USB控制器中的USB2.0接口芯片通過內(nèi)部固件程序，將數(shù)據(jù)分別鎖存到MAX5100的四路數(shù)據(jù)鎖存器中，并實時輸出鎖存值到模擬信號放大電路如圖3所示。
[0025]參見圖3，所述模擬信號放大電路包括場效應管和外圍電阻，主要功能是增大螢火蟲發(fā)光模擬器的電流增益，達到驅動多路發(fā)光二極管(LED)的作用。
[0026]相對于現(xiàn)有的技術，本發(fā)明螢火蟲發(fā)光模擬器，充分利用了 USB2.0接口芯片的可編程功能，在滿足數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)幕A上使得總體電路設計簡單，成本低廉，并且螢火蟲發(fā)光特性曲線模擬精度高，數(shù)字波形文件從上位機通過USB總線直接傳輸至USB控制器中，通過USB2.0芯片的可編程性控制波形數(shù)據(jù)讀出，傳輸至數(shù)模轉換器進行數(shù)模轉換和模擬信號放大電路最終驅動多路LED模擬不同種類螢火蟲發(fā)光。其中波形產(chǎn)生模塊與傳統(tǒng)波形發(fā)生器(USB+FPGA模式)相比，具有電路簡單，成本低廉，容易實現(xiàn)的特點。以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。
【主權項】
1.螢火蟲發(fā)光模擬器，其特征在于:包括用于輸出數(shù)據(jù)的上位機、與上位機連接并通過USB2.0接口接收數(shù)據(jù)的USB控制器、與USB控制器連接的程序存儲單元、用于將數(shù)字信號轉換為模擬信號的數(shù)模轉換器，與數(shù)模轉換器連接的末端模擬信號放大電路和多路LED模塊，和與所述USB控制器、數(shù)模轉換器、存儲單元連接用于提供額定電壓電流的電源模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的螢火蟲發(fā)光模擬器，其特征在于:所述USB控制器包括USB2.0接口芯片、內(nèi)部時鐘單元、I2C控制單元，所述I2C控制單元連接外部EEPROM，所述內(nèi)部時鐘單元連接外部無源晶振。
3.根據(jù)權利要求2所述的螢火蟲發(fā)光模擬器，其特征在于:所述USB控制器采用的USB2.0接口芯片是CY7C68013A芯片。
4.根據(jù)權利要求3所述的螢火蟲發(fā)光模擬器，其特征在于:所述程序存儲單元為電可擦除只讀存儲器，具體型號是24LC64。
5.根據(jù)權利要求4所述的螢火蟲發(fā)光模擬器，其特征在于:所述數(shù)模轉換單元是MAX公司的MAX5100。
6.根據(jù)權利要求5所述的螢火蟲發(fā)光模擬器，其特征在于:所述電源模塊為AMS1117系列電源芯片。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種螢火蟲發(fā)光模擬器，包括用于輸出數(shù)據(jù)的上位機、與上位機連接并通過USB2.0接口接收數(shù)據(jù)的USB控制器、與USB控制器連接的程序存儲單元、用于將數(shù)字信號轉換為模擬信號的數(shù)模轉換器，與數(shù)模轉換器連接的末端模擬信號放大電路和多路LED模塊，和與所述USB控制器、數(shù)模轉換器、存儲單元連接用于提供額定電壓電流的電源模塊。本發(fā)明提出了一種低成本、便攜性高的螢火蟲發(fā)光模擬裝置。
【IPC分類】G05B19-418
【公開號】CN104678968
【申請?zhí)枴緾N201510069725
【發(fā)明人】李斌, 宋宗璽, 汶德勝, 高偉
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月10日