CN101923798A

CN101923798A - 机械电子信号检测处理eda综合实验箱

Info

Publication number: CN101923798A
Application number: CN 201010257949
Authority: CN
Inventors: 陈琳; 潘海鸿; 廖小平; 秦刚年; 黄朝伟; 庞克中
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: CN101923798B

Abstract

本发明公开了一种机械电子信号检测处理EDA综合实验箱，它至少包括FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块，以及底板，所述模块各自独立；底板上包括所述模块的插槽接口、DSP和ARM总线扩展接口、KB/LED接口；所述模块通过底板上的插槽与信号线相互连接。本发明适用于机械电机类的EDA综合教学实验，可通过实验箱上的信号接口与机械平台上的传感器信号连接，实现对多种机械电子信号的检测与处理；也可通过总线扩展接口与DSP、ARM教学实验箱连接进行机电一体化实验平台的运动控制综合性实验。本发明便于机械电子专业学生掌握EDA技术，拓展EDA技术在机械领域中的应用。

Description

机械电子信号检测处理EDA综合实验箱

技术领域

本发明涉及一种对机械电子信号检测处理的硬件实验平台，具体说涉及模块化的机械电子信号检测处理EDA综合实验箱，供国内高等院校以及高职高专采用EDA综合实验箱进行机械电子信号检测处理的教学实验。

背景技术

EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的缩写，EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上用硬件描述语言HDL完成逻辑电路的设计工作。EDA应用机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域。

目前已有的EDA实验箱主要用于高等院校电子工程、计算机、微电子和通信等专业的电子电路设计、PCB设计和IC设计教学实验。迄今为止，还没有一种能够用于机械电子类电子信号检测与处理的EDA教学实验箱，便于机械电子专业学生尽快掌握EDA技术，并拓展EDA技术在机械领域中的应用。

发明内容

本发明的提出，旨在实现一种用于机械电子类电子信号检测与处理的EDA教学实验箱，对多种机械电子信号，如机械平台上的传感器(编码器信号、光栅尺信号、限位开关信号等)，进行采集、检测与处理，或者是控制机械平台的电机运行。该实验箱采用模块化设计方案，具有多种总线扩展接口，实验内容丰富：除能够完成现有EDA实验箱的基本实验外，主要可通过信号接口与外设连接，实现对多种机械电子信号检测处理实验；此外，可通过EDA综合实验箱的DSP总线扩展接口、ARM总线扩展接口分别与DSP教学实验箱、ARM嵌入式教学实验箱连接构成综合性强，具有先进性，技术含量高的运动控制综合教学实验。

本发明的技术方案概述如下：

一种机械电子信号检测处理EDA综合实验箱，其特征在于：它至少包括FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块和底板；所述底板包括FPGA/CPLD核心模块插槽接口、DAC模块插槽接口、DI/DO模块插槽接口、Encoder模块插槽接口、DSP总线扩展接口、ARM总线扩展接口、KB/LED接口；所述FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块各自独立，通过插槽接口搭建在底板上；所述模块之间通过底板插槽和底板上各模块的信号线相连接；所述FPGA/CPLD核心模块至少由第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块组成，所述第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块通过IO管脚连接；所述第二FPGA/CPLD模块输出端和DAC模块输入端连接；所述DI/DO模块和第二FPGA/CPLD模块连接；所述Encoder模块和第二FPGA/CPLD模块连接；所述ARM总线扩展接口的一端和第一FPGA/CPLD模块连接，另一端可以和外设ARM嵌入式教学实验箱连接；所述DSP总线扩展接口的一端和第一FPGA/CPLD模块连接，另一端可以和外设DSP教学实验箱连接；所述KB/LED接口的一端和第一FPGA/CPLD模块连接，另一端可以和外设键盘/LED连接；所述DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块通过各种模块上的总线接口与外设连接。

所述FPGA/CPLD核心模块，至少由第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块组成；每个FPGA/CPLD模块都有一块FPGA/CPLD芯片、独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路、JTAG/AS下载端口；独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路、JTAG/AS下载端口都和FPGA/CPLD芯片连接。

所述DAC模块，至少由第一DAC模块和第二DAC模块组成；每一DAC模块主要由16bit高速数模转换芯片构成的数模转换电路、电流信号转电压信号电路、增益调节电路、单端差分转换电路、输出限幅电路和输出接口电路组成；所述数模转换电路和电流信号转电压信号电路连接，电流信号转电压信号电路和增益调节电路连接，增益调节电路和单端差分转换电路连接，单端差分转换电路和输出限幅电路连接，输出限幅电路和输出接口电路连接。

所述Encoder模块，由与编码器信号线连接的信号接口电路、差分单端信号转换电路、高速光耦隔离电路、反向施密特触发器和与第二FPGA/CPLD模块连接的信号接口电路组成；所述与编码器信号线连接的信号接口电路和差分单端信号转换电路连接；差分单端信号转换电路和高速光耦隔离电路连接；高速光耦隔离电路和反向施密特触发器连接；反向施密特触发器和与第二FPGA/CPLD模块连接的信号接口电路连接。

本发明的有益效果在于：

本发明采用模块化设计思想，它至少包括FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块和底板，各模块相互独立；通过底板上插槽接口和信号线将各模块连接起来；可以按照实验需求选择模块进行组合，并搭建在底板上；该实验箱适用于机械电子专业学生的EDA综合教学实验，通过实验箱的信号接口与机械平台上的传感器信号连接，进行多种机械电子信号检测处理；此外，通过实验箱的DSP总线扩展接口、ARM总线扩展接口分别与DSP教学实验箱、ARM嵌入式教学实验箱连接构成机电一体化实验台中的一个综合性、创新性的运动控制教学实验。

附图说明

图1为机械电子信号检测处理EDA综合实验箱结构示意图；

图2为EDA综合实验箱的底板布局实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明机械电子信号检测处理EDA综合实验箱结构，如图1所示，该EDA综合实验箱，至少包括FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块，和底板；所述FPGA/CPLD核心模块至少由第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块组成，所述第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块通过IO管脚连接；所述第二FPGA/CPLD模块输出端与DAC模块输入端连接；所述DI/DO模块与第二FPGA/CPLD模块连接；所述Encoder模块与第二FPGA/CPLD模块连接；

如图2底板布局所示，底板包括2个FPGA/CPLD模块的插槽接口、2个DAC模块的插槽接口、DI/DO模块的插槽接口、Encoder模块的插槽接口、DSP总线扩展接口、ARM总线扩展接口、KB/LED接口；所述FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块各自独立，通过插槽接口搭建在底板上；所述模块之间通过底板插槽和底板上各模块的信号线相连接；所述ARM总线扩展接口一端与第一FPGA/CPLD模块连接，另一端与ARM嵌入式教学实验箱连接；所述DSP总线扩展接口与一端第一FPGA/CPLD模块连接，另一端与DSP教学实验箱连接；所述KB/LED接口与第一FPGA/CPLD模块连接，另一端与外设键盘/LED连接；所述DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块通过总线接口与外设连接。

FPGA/CPLD核心模块，至少由第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块组成；每个FPGA/CPLD模块都有一块FPGA/CPLD芯片、独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路、JTAG/AS下载端口。独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路、JTAG/AS下载端口都与FPGA/CPLD芯片连接。

DAC模块，至少由第一DAC模块和第二DAC模块组成；每一DAC模块主要由16bit高速数模转换芯片构成的数模转换电路、电流信号转电压信号电路、增益调节电路、单端差分转换电路、输出限幅电路和输出接口电路组成；数模转换电路的输入和第二FPGA/CPLD模块输出的连接；数模转换电路的输出和电流信号转电压信号电路连接，电流信号转电压信号电路和增益调节电路连接，增益调节电路和单端差分转换电路连接，单端差分转换电路和输出限幅电路连接，输出限幅电路和输出接口电路连接，由输出接口和外设连接。

Encoder模块，由与编码器信号线连接的信号接口电路、差分单端信号转换电路、高速光耦隔离电路、反向施密特触发器和与第二FPGA/CPLD模块连接的信号接口电路组成；与编码器信号线连接的信号接口电路和差分单端信号转换电路连接；差分单端信号转换电路和高速光耦隔离电路连接；高速光耦隔离电路和反向施密特触发器连接；反向施密特触发器和与第二FPGA/CPLD模块连接的信号接口电路连接，由FPGA/CPLD完成信号处理。

机械平台中的限位开关、接近开关分别与EDA综合教学实验箱中的DI/DO模块连接；机械平台中的编码器信号、光栅尺信号与EDA综合实验箱中的Encoder模块连接；机械平台中电机的控制信号可以与EDA综合实验箱中的DAC模块、DI/DO模块连接；通过第二FPGA/CPLD模块上的JTAG/AS下载接口给FPGA/CPLD芯片下载硬件描述语言编写的程序，实现对机械平台的传感器信号的采集、处理和控制，组合构成机电一体化的综合性教学实验。

如图1所示，DSP教学实验箱和ARM嵌入式教学实验箱分别通过EDA综合实验箱底板上的DSP总线扩展接口、ARM总线扩展接口与EDA综合实验箱中第一FPGA/CPLD模块连接。第一FPGA/CPLD模块通过硬件描述语言编程实现双端口RAM功能，从而使DSP教学实验箱、ARM嵌入式教学实验箱、EDA综合实验箱构成一个高性能运动控制器的综合性、创新性教学实验。

在此说明书中，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不局限于上述具体实施例，还可以做出各种修改、变换和变形。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种机械电子信号检测处理EDA综合实验箱，其特征在于：它至少包括FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块和底板；所述底板包括FPGA/CPLD核心模块插槽接口、DAC模块插槽接口、DI/DO模块插槽接口、Encoder模块插槽接口、DSP总线扩展接口、ARM总线扩展接口、KB/LED接口；所述FPGA/CPLD核心模块、DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块各自独立，通过插槽接口搭建在底板上；所述模块之间通过底板插槽和底板上各模块的信号线相连接；所述FPGA/CPLD核心模块至少由第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块组成，所述第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块通过IO管脚连接；所述第二FPGA/CPLD模块输出端和DAC模块输入端连接；所述DI/DO模块和第二FPGA/CPLD模块连接；所述Encoder模块和第二FPGA/CPLD模块连接；所述ARM总线扩展接口的一端和第一FPGA/CPLD模块连接，另一端可以和外设ARM嵌入式教学实验箱连接；所述DSP总线扩展接口的一端和第一FPGA/CPLD模块连接，另一端可以和外设DSP教学实验箱连接；所述KB/LED接口的一端和第一FPGA/CPLD模块连接，另一端可以和外设键盘/LED连接；所述DAC模块、DI/DO模块、Encoder模块通过各种模块上的总线接口与外设连接。

2.根据权利要求1所述的机械电子信号检测处理的EDA综合实验箱，其特征在于：所述FPGA/CPLD核心模块，至少由第一FPGA/CPLD模块和第二FPGA/CPLD模块组成；每个FPGA/CPLD模块都有一块FPGA/CPLD芯片、独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路、JTAG/AS下载端口；独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路、JTAG/AS下载端口都和FPGA/CPLD芯片连接。

3.根据权利要求1所述的机械电子信号检测处理的EDA综合实验箱，其特征在于：所述DAC模块，至少由第一DAC模块和第二DAC模块组成；每一DAC模块主要由16bit高速数模转换芯片构成的数模转换电路、电流信号转电压信号电路、增益调节电路、单端差分转换电路、输出限幅电路和输出接口电路组成；所述数模转换电路和电流信号转电压信号电路连接，电流信号转电压信号电路和增益调节电路连接，增益调节电路和单端差分转换电路连接，单端差分转换电路和输出限幅电路连接，输出限幅电路和输出接口电路连接。

4.根据权利要求1所述的机械电子信号检测处理的EDA综合实验箱，其特征在于：所述Encoder模块，由与编码器信号线连接的信号接口电路、差分单端信号转换电路、高速光耦隔离电路、反向施密特触发器和与第二FPGA/CPLD模块连接的信号接口电路组成；所述与编码器信号线连接的信号接口电路和差分单端信号转换电路连接；差分单端信号转换电路和高速光耦隔离电路连接；高速光耦隔离电路和反向施密特触发器连接；反向施密特触发器和与第二FPGA/CPLD模块连接的信号接口电路连接。