專利名稱：數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置領(lǐng)域，具體為一種數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路。數(shù)字系統(tǒng)的教學(xué)如果是教師課堂演示，學(xué)生以聽為主方式，很難讓學(xué)生真正認(rèn)識(shí)可編程邏輯器件，也難以學(xué)會(huì)各種數(shù)學(xué)電路的設(shè)計(jì)。但是，傳統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱，很大且笨重，各種單片機(jī)芯片、顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路和電源等，實(shí)驗(yàn)時(shí)均需要用導(dǎo)線一一連接，接線復(fù)雜、學(xué)生往往在硬件接線上花費(fèi)大部分的時(shí)間，并不能把精力主要放在數(shù)字系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算和邏輯處理的設(shè)計(jì)上，且因連線等，使硬件方面很容易出現(xiàn)問題，學(xué)生無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)缺陷所在?，F(xiàn)有數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱的單片機(jī)或處理器的芯片，基本只配有并口作為數(shù)據(jù)輸入接口，而現(xiàn)在的電腦的輸出端已很少采用并行接口，使實(shí)驗(yàn)箱與電腦的連接困難，與現(xiàn)在最普遍采用的USB接口的存儲(chǔ)設(shè)備連接也很難。另外現(xiàn)有的每種實(shí)驗(yàn)箱只能適用于一種數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程，有關(guān)數(shù)字系統(tǒng)的課程有數(shù)字邏輯電路，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)、單片機(jī)應(yīng)用、智能儀器以及微機(jī)控制等，需要一一配置專用實(shí)驗(yàn)箱。目前市場(chǎng)上的各種實(shí)驗(yàn)箱單價(jià)一般為幾千元，數(shù)門課程的實(shí)驗(yàn)箱總價(jià)就比較可觀。很難讓每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上有一個(gè)自己的實(shí)驗(yàn)箱作為開發(fā)平臺(tái)，這樣的實(shí)驗(yàn)課程無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，仍難以改變被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，影響學(xué)生體驗(yàn)并掌握先進(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，其中含有復(fù)雜可編程邏輯器件芯片和單片機(jī)芯片，并配有數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和顯示電路及多種輸入電路，均連接在印刷電路板上，可用于進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)包括中心處理器及與之連接的電源模塊、印刷電路板、組件插接孔；中心處理器為復(fù)雜可編程邏輯器件芯片(CPLD芯片)和/或單片機(jī)芯片，中心處理器還接有AD轉(zhuǎn)換電路，DA轉(zhuǎn)換電路，通信電路。中心處理器的相關(guān)引腳分別經(jīng)印刷電路板與電源模塊，AD轉(zhuǎn)換電路，DA轉(zhuǎn)換電路，通信電路連接，中心處理器的多個(gè)信號(hào)輸入引腳還經(jīng)印刷電路板連接各信號(hào)輸入接口電路，各輸入接口電路連接面板上的輸入組件插接孔。中心處理器的多個(gè)輸出引腳還經(jīng)印刷電路板連接各輸出驅(qū)動(dòng)電路， 各輸出驅(qū)動(dòng)電路連接面板上的輸出驅(qū)動(dòng)部件插接孔；通信電路接有USB接口，還可有串行接口。復(fù)雜可編程邏輯器件芯片和/或單片機(jī)芯片的各相關(guān)引腳、各輸入接口電路的輸
3入端、各輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別連接處于面板上的各測(cè)試點(diǎn)。使用時(shí)可以在電腦上編制復(fù)雜可編程邏輯器件芯片和/或單片機(jī)的程序，通過串行接口或USB接口下載到本教學(xué)平臺(tái)的中心處理器。在本教學(xué)平臺(tái)的相關(guān)輸入組件插接孔上插接程序所需的輸入組件，在輸出接口上插接程序所需的程序結(jié)果驅(qū)動(dòng)部件，便可進(jìn)行數(shù)字邏輯電路、電子輔助設(shè)計(jì)(EDA)技術(shù)及其應(yīng)用、單片機(jī)原理及應(yīng)用、智能儀器課程以及微機(jī)控制原理等課程的實(shí)驗(yàn)操作。本教學(xué)平臺(tái)的中心處理器連接的輸入接口電路為按鍵輸入電路、撥碼開關(guān)輸入電路、計(jì)時(shí)電路和溫度采集電路中的一種或多種。還可根據(jù)需要接入其它輸入接口電路。按鍵輸入電路連接面板上的按鍵組件插接孔，在按鍵組件插接孔上插接按鍵組件，即可通過按鍵選擇中心處理器內(nèi)的程序或修改程序內(nèi)的數(shù)據(jù)。撥碼開關(guān)輸入電路連接面板上的撥碼開關(guān)組件插接孔，在撥碼開關(guān)插接孔上插接撥碼開關(guān)組件，即可通過撥碼開關(guān)選擇中心處理器內(nèi)的程序或修改程序內(nèi)的數(shù)據(jù)。溫度采集電路連接面板上的溫度傳感器插接孔，在溫度傳感器插接孔上插接溫度傳感器，即可通過溫度傳感器向中心處理器輸入溫度信號(hào)。計(jì)時(shí)電路連接面板上的計(jì)時(shí)電路芯片插接孔，在計(jì)時(shí)電路芯片插接孔上插接計(jì)時(shí)電路芯片，即可通過計(jì)時(shí)電路芯片向中心處理器輸入時(shí)間信號(hào)。本教學(xué)平臺(tái)的中心處理器接有的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)光二極管電路、點(diǎn)陣電路、液晶屏顯示電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路中的一種或多種。還可根據(jù)需要接入其它輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路連接面板上的數(shù)碼管插接孔，在數(shù)碼管插接孔上插接數(shù)碼管，中心處理器程序運(yùn)算后即可在數(shù)碼管上顯示程序運(yùn)算結(jié)果。發(fā)光二極管電路連接面板上的發(fā)光二極管組件插接孔，在發(fā)光二極管組件插接孔上插接發(fā)光二極管組件，中心處理器程序運(yùn)算后即可在發(fā)光二極管上顯示程序運(yùn)算結(jié)果。點(diǎn)陣電路連接面板上的點(diǎn)陣組件插接孔，在點(diǎn)陣組件插接孔上插接點(diǎn)陣組件，中心處理器程序運(yùn)算后即可在點(diǎn)陣上顯示程序運(yùn)算結(jié)果。液晶屏顯示電路連接面板上的液晶屏組件插接孔，在液晶屏組件插接孔上插接液晶屏組件，中心處理器程序運(yùn)算后即可在液晶屏上顯示程序運(yùn)算結(jié)果。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接面板上的步進(jìn)電機(jī)插接孔，在步進(jìn)電機(jī)插接孔上插接步進(jìn)電機(jī)，中心處理器程序運(yùn)算后即可按程序驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路連接面板上的蜂鳴器插接孔，在蜂鳴器插接孔上插接蜂鳴器，中心處理器程序運(yùn)算后即可按程序驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。本實(shí)用新型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)為1、綜合了數(shù)字邏輯電路，EDA技術(shù)及應(yīng)用，單片機(jī)原理及應(yīng)用、智能儀器以及微機(jī)控制原理等課程實(shí)驗(yàn)所需部件；實(shí)現(xiàn)一平臺(tái)多用，可提供課堂上的教學(xué)演示，也能讓學(xué)生進(jìn)行各種邏輯電路設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)，還可作為電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的基礎(chǔ)平臺(tái)；2、采用USB接口或串行接口下載程序，避免了傳統(tǒng)單片機(jī)只能用并口或者串口下載的缺陷；3、CPLD芯片與單片機(jī)芯片構(gòu)成獨(dú)立模塊并共用主板，各輸入組件和輸出驅(qū)動(dòng)部件均可在面板的接插口接插，省去了學(xué)生在硬件接線上花費(fèi)的時(shí)間，更好地鍛煉數(shù)字電路設(shè)計(jì)的能力，體驗(yàn)可編程邏輯器件的功能，還可在面板上對(duì)電路的各關(guān)鍵點(diǎn)直接測(cè)試，便于操作，易學(xué)易懂，與以往的各數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相比，教學(xué)手段上或教學(xué)效果都有很大提高；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，一臺(tái)價(jià)格僅幾百元，便于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室配用，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課上每個(gè)學(xué)生擁有一個(gè)自己的開發(fā)平臺(tái)，有利于自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

圖1為本數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)實(shí)施例如圖1所示，復(fù)雜可編程邏輯器件芯片(CPLD芯片)和單片機(jī)芯片構(gòu)成中心處理器，本例CPLD芯片為MAXII_EPMM0，單片機(jī)芯片為89S52。 中心處理器的相關(guān)引腳焊接在印刷電路板上，經(jīng)印刷電路與電源模塊，AD轉(zhuǎn)換電路，DA轉(zhuǎn)換電路，通信電路連接。通信電路接有USB接口和串行接口。中心處理器的信號(hào)輸入引腳分別經(jīng)印刷電路板連接按鍵輸入電路、撥碼開關(guān)輸入電路、計(jì)時(shí)電路和溫度采集電路，各電路分別連接面板上的按鍵組件插接孔、撥碼開關(guān)組件插接孔、計(jì)時(shí)電路芯片插接孔和溫度傳感器插接孔。中心處理器的多個(gè)信號(hào)輸出引腳分別經(jīng)印刷電路板連接液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)光二極管電路、點(diǎn)陣電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路。各電路分別經(jīng)印刷電路板連接液晶屏組件插接孔、數(shù)碼管組件插接孔、發(fā)光二極管組件插接孔、點(diǎn)陣組件插接孔、步進(jìn)電機(jī)插接孔和蜂鳴器插接孔。各信號(hào)輸入接口電路也可集成在對(duì)應(yīng)的輸入組件內(nèi)，中心處理器直接連接對(duì)應(yīng)的輸入組件插接孔。本例的中心處理器直接連接計(jì)時(shí)芯片插接孔，所用計(jì)時(shí)芯片中含有計(jì)時(shí)電路。各輸出驅(qū)動(dòng)電路也可集成在對(duì)應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)部件內(nèi)，中心處理器直接連接對(duì)應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)部件插接孔。本例的發(fā)光二極管電路直接連接液晶屏組件插接孔、點(diǎn)陣組件插接孔、發(fā)光二極管組件插接孔。所用液晶屏組件集成有液晶屏顯示電路，點(diǎn)陣組件集成有點(diǎn)陣電路，發(fā)光二極管組件集成有發(fā)光二極管電路。復(fù)雜可編程邏輯器件芯片和單片機(jī)芯片的各相關(guān)引腳、各輸入接口電路的輸入端、各輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出分別連接處于面板上的各測(cè)試點(diǎn)。本教學(xué)平臺(tái)的面板上安裝有電源開關(guān)、按鍵組件插接孔、撥碼開關(guān)組件插接孔、溫度傳感器插接孔、數(shù)碼管組件插接孔、發(fā)光二極管(LED)組件插接孔、點(diǎn)陣組件插接孔、液晶屏組件插接孔、步進(jìn)電機(jī)插接孔、蜂鳴器插接孔。中心處理器的連接的通信電路、AD轉(zhuǎn)換電路、DA轉(zhuǎn)換電路也可制成可插接的組件，在面板上設(shè)置相應(yīng)的插接孔，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要插接相應(yīng)的電路組件。各插接孔也可作為相應(yīng)的組件的測(cè)試點(diǎn)。在本教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)例如下①基于可編程邏輯器件的數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)在電腦上利用verilog語(yǔ)言編寫相應(yīng)程序，編譯、仿真，設(shè)置所需芯片以及中心處理器的各輸入輸出管腳，用USB下載到本例教學(xué)平臺(tái)，插接數(shù)碼管和按鍵組件，接通電源模塊，用按鍵輸入，觀察數(shù)碼管輸出結(jié)果，并在數(shù)碼管輸出測(cè)試點(diǎn)檢測(cè)輸出的信號(hào)電壓。②EDA技術(shù)及其應(yīng)用的3人表決器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在電腦上利用傳統(tǒng)小規(guī)模數(shù)字邏輯電路芯片搭建一個(gè)3人表決器電路，編譯、仿真下載觀察輸入輸出結(jié)果。或者，在電腦上利用verilog語(yǔ)言編寫3人表決器程序，編譯、仿真，設(shè)置所需芯片、配置三人表決器的中心處理器的輸入管腳以及一個(gè)輸出管腳，用USB下載到本例教學(xué)平臺(tái)，插接發(fā)光二極管和撥碼開關(guān)組件，接通電源模塊，用三個(gè)撥碼開關(guān)輸入，觀察發(fā)光二極管輸出結(jié)果。③單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的流水燈實(shí)驗(yàn)在電腦上編寫流水燈程序，通過USB下載到本例教學(xué)平臺(tái)單片機(jī)芯片中，觀察本教學(xué)平臺(tái)上插接發(fā)光二極管組件的運(yùn)行狀態(tài)。④智能儀器課程中的電壓測(cè)量實(shí)驗(yàn)利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADC0809采集模擬電壓量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由單片機(jī)處理數(shù)碼管顯示輸出；改變ADC0809的輸入端電壓的變化來(lái)觀察數(shù)碼管輸出顯示的變化以及利用萬(wàn)用表校正輸出值，提高輸出的準(zhǔn)確度。⑤微機(jī)控制原理課程中的步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)在電腦上編寫步進(jìn)電機(jī)控制程序，通過USB下載到本例教學(xué)平臺(tái)單片機(jī)芯片中， 通過按鍵組件控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。本數(shù)字系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的各操作插孔以及信號(hào)測(cè)試點(diǎn)均安裝于面板上，能夠很方便地進(jìn)行相關(guān)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)工作。上述實(shí)施例，僅為對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本實(shí)用新型并非限定于此。凡在本實(shí)用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，包括中心處理器及與之連接的電源模塊、印刷電路板、組件插接孔；其特征在于中心處理器為復(fù)雜可編程邏輯器件芯片和/或單片機(jī)芯片；中心處理器接有電源模塊，通信電路，AD轉(zhuǎn)換電路，DA轉(zhuǎn)換電路，中心處理器的多個(gè)信號(hào)輸入引腳還經(jīng)印刷電路板連接各信號(hào)輸入接口電路，各輸入接口電路連接面板上的輸入組件插接孔；中心處理器的多個(gè)輸出引腳經(jīng)印刷電路板連接各輸出驅(qū)動(dòng)電路，各輸出驅(qū)動(dòng)電路連接面板上的輸出驅(qū)動(dòng)部件插接孔；通信電路接有USB接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，其特征在于所述復(fù)雜可編程邏輯器件芯片和/或單片機(jī)芯片的各相關(guān)引腳、各輸入接口電路的輸入端、各輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別連接處于面板上的各測(cè)試點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，其特征在于所述通信電路還接有串行接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，其特征在于所述中心處理器連接的輸入接口電路為按鍵輸入電路、撥碼開關(guān)輸入電路、計(jì)時(shí)電路和溫度采集電路中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，其特征在于所述中心處理器接有的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)光二極管電路、點(diǎn)陣電路、液晶屏顯示電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，其特征在于所述各信號(hào)輸入接口電路集成在對(duì)應(yīng)的輸入組件內(nèi)，中心處理器直接連接對(duì)應(yīng)的輸入組件插接孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，其特征在于所述各輸出驅(qū)動(dòng)電路集成在對(duì)應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)部件內(nèi)，中心處理器直接連接對(duì)應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)部件插接孔。
專利摘要本實(shí)用新型為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)，中心處理器CPU為CPLD芯片和/或單片機(jī)芯片，CPU的引腳分別經(jīng)PCB與電源模塊，AD/DA轉(zhuǎn)換電路，通信電路連接，CPU還經(jīng)PCB連接各信號(hào)輸入接口電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路，各輸入接口電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路連接面板上對(duì)應(yīng)的插接孔；通信電路接有USB接口。輸入接口電路為按鍵輸入、撥碼開關(guān)輸入、計(jì)時(shí)電路和溫度采集電路等。輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路有數(shù)碼管、發(fā)光二極管、點(diǎn)陣、液晶屏、步進(jìn)電機(jī)和蜂鳴器等驅(qū)動(dòng)電路。各組件經(jīng)插接孔與CPU相連。CPU的引腳、各輸入輸出電路的輸入輸出端分別連接面板上的各測(cè)試點(diǎn)。使用時(shí)在電腦上編制程序，下載到本平臺(tái)的CPU，插接所需輸入輸出部件，即可進(jìn)行多種數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。一平臺(tái)多用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202171892SQ20112029343
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者韓劍 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院