CN103970058A - 多功能模块化电路板 - Google Patents

Abstract

多功能模块化电路板，涉及计算机技术、电子技术、自动控制技术和仿真技术领域。为了解决集成电路板功能单一、可维修性和扩展性差的问题。它包括主控板、继电器单元模块、AD采集单元模块、AD前端调理模块、电流采集模块、DA单元模块、总线驱动模块、通讯模块、网口通讯模块、指令模块和键盘扫描模块；继电器单元模块用于控制信号的导通和断开，总线驱动模块用于给被测设备进行状态设置、状态采集及控制外围设备，通讯模块用于实现与测控台、计算机或被测设备之间进行RS422、RS485和RS232通讯，网口通讯模块用于实现与计算机或其它网口设备进行网口通讯。具体应用在电子领域。

Description

多功能模块化电路板

技术领域

本发明涉及计算机技术、电子技术、自动控制技术和仿真技术领域。

背景技术

在航天测试、工业控制等领域中时常会用到测试及控制设备，测试及控制设备的核心是内部集成电路。节约集成电路的开发成本、减少研发周期、提高可靠性、维修性、具有一定的针对性成为当今控制、测试领域的一种普遍需求。

多功能模块化电路板的应用将提供一种有效的解决方案。

发明内容

本发明是为了解决集成电路板功能单一、可维修性和扩展性差的问题，本发明提供了一种多功能模块化电路板。

多功能模块化电路板，它包括主控板、继电器单元模块、AD采集单元模块、AD前端调理模块、电流采集模块、DA单元模块、总线驱动模块、通讯模块、网口通讯模块、指令模块和键盘扫描模块；

所述的主控板为方形结构，该主控板包括DSP、FPGA、供电接口、通讯接口、ADC输入接口和多个IO接口；

所述的DSP的信号输入输出端与FPGA的信号输入输出端连接，

DSP的模拟信号输出端与ADC输入接口连接，

DSP用于实现对系统进行初始化、任务调度和处理，

FPGA用于控制继电器单元模块、AD采集单元模块、AD前端调理模块、电流采集模块、DA单元模块、总线驱动模块、通讯模块、网口通讯模块、指令模块和键盘扫描模块，所述的DSP的串行通信端口与通讯接口连接，

FPGA的信号输出端同时与多个IO接口连接，

供电接口用于给DSP、FPGA、继电器单元模块、AD采集单元模块、AD前端调理模块、电流采集模块、DA单元模块、总线驱动模块、通讯模块、网口通讯模块、指令模块和键盘扫描模块提供工作电源，

所述的继电器单元模块、AD采集单元模块、AD前端调理模块、电流采集模块、DA单元模块、总线驱动模块、通讯模块、网口通讯模块、指令模块和键盘扫描模块的信号输出端均用于与主控板的IO接口连接，

继电器单元模块用于控制信号的导通和断开，

AD采集单元模块用于实现32路模拟电压信号的模数转换，

AD前端调理模块用于对模拟信号进行调理，

电流采集模块用于将电流信号转换为电压信号，

DA单元模块用于给被测设备产生信号源，

总线驱动模块用于给被测设备进行状态设置、状态采集及控制外围设备，

通讯模块用于实现与测控台、计算机或被测设备之间进行RS422、RS485和RS232通讯，

网口通讯模块用于实现与计算机或其它网口设备进行网口通讯，

指令模块用于对输入信号转换成大电压或大电流信号，

键盘扫描模块通过键盘在液晶屏上设置命令参数，实现用户设置命令参数的采集。

所述的主控板的IO接口的个数为5个。

所述的供电接口为4芯弯针连接器，通讯接口为DB9型连接器，ADC输入接口为10×2的双排插针型连接器，IO接口为31×2的双排插针型连接器，且该IO接口两侧均有安装定位孔。

所述的电流采集模块采用霍尔电流传感器实现。

所述的FPGA采用美国ALTERA公司cycloneIII系列的EP3C16F484I7N实现。

所述的DSP芯采用美国TI公司的TMS320LF2407A实现。

本发明带来的有益效果是，本发明所述的多功能模块化电路板设计成熟、可靠性强，同时具备较强的灵活性、扩展性和可维修性；通过使用本发明节约了设备的研发周期和研发成本，提高了工作效率；外围单元模块个数不固定，可根据实际需要自行设计和扩展，只要满足主控板接口要求，嵌入到主控板上即可。本发明提供了一种基于DSP和FPGA的开发环境；在航天测试及工业控制领域应用较为广泛。

附图说明

图1为本发明所述的多功能模块化电路板的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的多功能模块化电路板，它包括主控板1、继电器单元模块2、AD采集单元模块3、AD前端调理模块4、电流采集模块5、DA单元模块6、总线驱动模块7、通讯模块8、网口通讯模块9、指令模块10和键盘扫描模块11；

所述的主控板1为方形结构，该主控板1包括DSP、FPGA、供电接口、通讯接口、ADC输入接口和多个IO接口；

所述的DSP的信号输入输出端与FPGA的信号输入输出端连接，

DSP的模拟信号输出端与ADC输入接口连接，

DSP用于实现对系统进行初始化、任务调度和处理，

FPGA用于控制继电器单元模块2、AD采集单元模块3、AD前端调理模块4、电流采集模块5、DA单元模块6、总线驱动模块7、通讯模块8、网口通讯模块9、指令模块10和键盘扫描模块11，所述的DSP的串行通信端口与通讯接口连接，

FPGA的信号输出端同时与多个IO接口连接，

供电接口用于给DSP、FPGA、继电器单元模块2、AD采集单元模块3、AD前端调理模块4、电流采集模块5、DA单元模块6、总线驱动模块7、通讯模块8、网口通讯模块9、指令模块10和键盘扫描模块11提供工作电源，

所述的继电器单元模块2、AD采集单元模块3、AD前端调理模块4、电流采集模块5、DA单元模块6、总线驱动模块7、通讯模块8、网口通讯模块9、指令模块10和键盘扫描模块11的信号输出端均用于与主控板的IO接口连接，

继电器单元模块2用于控制信号的导通和断开，

AD采集单元模块3用于实现32路模拟电压信号的模数转换，

AD前端调理模块4用于对模拟信号进行调理，

电流采集模块5用于将电流信号转换为电压信号，

DA单元模块6用于给被测设备产生信号源，

总线驱动模块7用于给被测设备进行状态设置、状态采集及控制外围设备，

通讯模块8用于实现与测控台、计算机或被测设备之间进行RS422、RS485和RS232通讯，

网口通讯模块9用于实现与计算机或其它网口设备进行网口通讯，

指令模块10用于对输入信号转换成大电压或大电流信号，

键盘扫描模块11通过键盘在液晶屏上设置命令参数，实现用户设置命令参数的采集。

本实施方式中，所述的AD前端调理模块4可采用分压电路、反向器电路、隔离运放电路和射随电路实现，

各个单元模块的宽度可为950mm，长度没有限制。

具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的多功能模块化电路板的区别在于，所述的主控板1的IO接口的个数为5个。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二所述的多功能模块化电路板的区别在于，所述的主控板1的长为220mm，宽为120mm。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二所述的多功能模块化电路板的区别在于，所述的供电接口为4芯弯针连接器，通讯接口为DB9型连接器，ADC输入接口为10×2的双排插针型连接器，IO接口为31×2的双排插针型连接器，且该IO接口两侧均有安装定位孔。

本实施方式中，

1供电接口，采用4芯接口，给主控板1提供工作电源，同时该工作电源也同时连接到FPGA引出的IO接口的相应管脚上，供单元模块使用，若功能模块还需其他电源，由自身接口引入。

表1供电接口接点定义

序号	1	2	3	4
					信号	VCC	VCC	GND	GND

(2)通讯接口，采用9芯接口，此接口使DSP可直接实现与其他设备进行串行通用，由DSP的串行通讯单元经过相应的电平转换芯片连接至该接口，可实现422通讯和232通讯。

表2通讯接口接点定义

序号12	3	4	5	6	7	8	9
								信号GND232RXD	232TXD	422TX+	GND	422TX-	GND	422RX+	422RX-

(3)ADC输入接口，采用20芯接口，此接口是将DSP的ADC单元的16个输入通道引出模块的接口，以供灵活使用，该接口是将深入信号直接连接至DSP的ADC输入通道，没有对模拟信号进行前级的处理，所以，进入此接口的信号需要先经过前级处理。

表3ADC输入接口接点定义

序号	1	3	5	7	9	11	13	15	17	19
											信号	AGND	AD0	AD2	AD4	AD6	AD8	AD10	AD12	AD14	AGND
序号	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
											信号	AGND	AD1	AD3	AD5	AD7	AD9	AD11	AD13	AD15	AGND

(4)IO接口，这5个IO接口都是采用62芯接口，主要包括电源信号和FPGA信号，电源信号可以为功能模块提供+5V工作电源，FPGA信号为通用IO信号和一对差分时钟输入信号，这2个信号不能作IO使用，是与FPGA全局时钟相连的。若功能模块不需要使用这两个信号，则功能模块设计时，不能将需要控制的信号连接至这两个管脚上，这两个信号在接口的正中间，如下表所示。

表4IO接口接点定义

序号

1

3

5～29

31

33～57

59

61

信号

GND

VCC

通用IO

CLK_IN-

通用IO

VCC

GND

序号

2

4

6～30

32

34～58

60

62

信号

GND

VCC

通用IO

CLK_IN+

通用IO

VCC

GND

为提高主控板1上主控模块的兼容性，为满足复杂的时序控制，FPGA可设计两个全局时钟；在FPGA的一个IO接口上设计5片总线收发器，可控制总线输入、输出方向，提高信号驱动能并且保护FPGA免受大电流或大电压的伤害；

FPGA默认IO脚输出的逻辑电平为3.3V，为满足特殊测试及控制需求，IO脚的输出电平可设置为1.8V；为增大FPGA缓存空间，主控板1上焊有一片SDRAM；主控板1设置有复位电路，支持手动复位。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四所述的多功能模块化电路板的区别在于，所述的电流采集模块5采用霍尔电流传感器实现。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一、二或五所述的多功能模块化电路板的区别在于，所述的FPGA采用美国ALTERA公司cycloneIII系列的EP3C16F484I7N实现。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一、二或五所述的多功能模块化电路板的区别在于，所述的DSP芯采用美国TI公司的TMS320LF2407A实现。

Claims (6)

1.多功能模块化电路板，其特征在于，它包括主控板(1)、继电器单元模块(2)、AD采集单元模块(3)、AD前端调理模块(4)、电流采集模块(5)、DA单元模块(6)、总线驱动模块(7)、通讯模块(8)、网口通讯模块(9)、指令模块(10)和键盘扫描模块(11)；

所述的主控板(1)为方形结构，该主控板(1)包括DSP、FPGA、供电接口、通讯接口、ADC输入接口和多个IO接口；

所述的DSP的信号输入输出端与FPGA的信号输入输出端连接，

DSP的模拟信号输出端与ADC输入接口连接，

DSP用于实现对系统进行初始化、任务调度和处理，

FPGA用于控制继电器单元模块(2)、AD采集单元模块(3)、AD前端调理模块(4)、电流采集模块(5)、DA单元模块(6)、总线驱动模块(7)、通讯模块(8)、网口通讯模块(9)、指令模块(10)和键盘扫描模块(11)，所述的DSP的串行通信端口与通讯接口连接，

FPGA的信号输出端同时与多个IO接口连接，

供电接口用于给DSP、FPGA、继电器单元模块(2)、AD采集单元模块(3)、AD前端调理模块(4)、电流采集模块(5)、DA单元模块(6)、总线驱动模块(7)、通讯模块(8)、网口通讯模块(9)、指令模块(10)和键盘扫描模块(11)提供工作电源，

所述的继电器单元模块(2)、AD采集单元模块(3)、AD前端调理模块(4)、电流采集模块(5)、DA单元模块(6)、总线驱动模块(7)、通讯模块(8)、网口通讯模块(9)、指令模块(10)和键盘扫描模块(11)的信号输出端均用于与主控板的IO接口连接，

继电器单元模块(2)用于控制信号的导通和断开，

AD采集单元模块(3)用于实现32路模拟电压信号的模数转换，

AD前端调理模块(4)用于对模拟信号进行调理，

电流采集模块(5)用于将电流信号转换为电压信号，

DA单元模块(6)用于给被测设备产生信号源，

总线驱动模块(7)用于给被测设备进行状态设置、状态采集及控制外围设备，

通讯模块(8)用于实现与测控台、计算机或被测设备之间进行RS422、RS485和RS232通讯，

网口通讯模块(9)用于实现与计算机或其它网口设备进行网口通讯，

指令模块(10)用于对输入信号转换成电压或电流信号，

键盘扫描模块(11)通过键盘在液晶屏上设置命令参数，实现用户设置命令参数的采集。

2.根据权利要求1所述的多功能模块化电路板，其特征在于，所述的主控板(1)的IO接口的个数为5个。

3.根据权利要求1或2所述的多功能模块化电路板，其特征在于，所述的供电接口为4芯弯针连接器，通讯接口为DB9型连接器，ADC输入接口为10×2的双排插针型连接器，IO接口为31×2的双排插针型连接器，且该IO接口两侧均有安装定位孔。

4.根据权利要求3所述的多功能模块化电路板，其特征在于，所述的电流采集模块(5)采用霍尔电流传感器实现。

5.根据权利要求1、2或4所述的多功能模块化电路板，其特征在于，所述的FPGA采用美国ALTERA公司cycloneIII系列的EP3C16F484I7N实现。

6.根据权利要求1、2或4所述的多功能模块化电路板，其特征在于，所述的DSP芯采用美国TI公司的TMS320LF2407A实现。