CN113658494A - 一种基于嵌入式开发的实验教学装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于嵌入式开发的实验教学装置，包括：所述主控单元、功能调整单元、显示单元均安置于所述教学板上；所述主控单元、功能调整单元、显示单元依次相连；所述教学板用于输入嵌入式开发的实验内容，并进行实验；所述主控单元用于根据所述嵌入式开发的实验内容输出控制指令；所述功能调整单元用于根据所述控制指令进行功能调整，并输出功能调整结果；所述显示单元用于显示所述功能调整结果。本发明能够让嵌入式开发实验实践更加逼真，又有效提高实验利用率，一体化实验教学设备更便于使用者进行使用和维修。

Description

一种基于嵌入式开发的实验教学装置

技术领域

本发明涉及实验教学技术领域，特别涉及一种基于嵌入式开发的实验教学装置。

背景技术

目前嵌入式实验的主要实验设备为数字电路实验箱，其以基本数字集成电路为主，通过导线连接完成验证性实验。整个实验箱由电源、数码管、红绿发光二极管、拨码开关、脉冲输入等器件组成。主要涉及的实验包括TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试、CMOS集成逻辑门的逻辑功能与参数测试、集成逻辑电路的连接和驱动、组合逻辑电路的设计与测试、常见组合逻辑集成电路的应用、触发器及其应用、常见时序逻辑集成电路的应用、脉冲分配器及其应用等测试。学生在理论教学完成后，在老师指导下，借助连接导线，将电源信号、脉冲信号输入到集成电路，进行功能性验证实验。这类实验箱主要以完成验证性试验为主，不能进行开发性电路设计，其次，实验以导线进行连接，容易造成导线丢失与损坏，此外，受限于试验箱的芯片数量，不能满足学生进行复杂数字电路系统的设计，难以培养学生的开发设计能力。

而且，嵌入式开发，是一门工科专业基础课，学习起来需要讲究理论与实践相结合，目前嵌入式开发的教材和实验教学板也五花八门，没有形成主流，这跟市场庞大，类别繁多不无关系，对于理论教学，目前普遍比较成熟，但实践教学却有很多选择，目前有些学校利用软件仿真，这种方法还是过于抽象，而且有很多BUG，跟实际使用往往有很大差别；也有些学校利用贵重的实验箱，这种实验箱虽然功能齐全，但比较笨重，而且不够灵活，不方便学生在课余进行学习实践。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于嵌入式开发的实验教学装置，以解决现有技术中存在的技术问题，能够让实践更加逼真，又有很高的利用率，使用和维修也方便。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于嵌入式开发的实验教学装置，包括：教学板、主控单元、功能调整单元、显示单元；

所述主控单元、功能调整单元、显示单元均安置于所述教学板上；所述主控单元、功能调整单元、显示单元依次相连；

所述教学板用于输入嵌入式开发的实验内容，并进行实验；

所述主控单元用于根据所述嵌入式开发的实验内容输出控制指令；

所述功能调整单元用于根据所述控制指令进行功能调整，并输出功能调整结果；

所述显示单元用于显示所述功能调整结果。

优选地，所述教学板包括输入区和实验区；所述输入区与所述实验区相连；所述主控单元、功能调整单元、显示单元均置于所述实验区中；

所述输入区用于输入嵌入式开发的实验内容；

所述实验区用于根据所述嵌入式开发的实验内容进行实验。

优选地，所述主控单元包括供电模块、主控模块、模数转换模块、存储模块、报警模块；

所述主控模块分别与所述供电模块、模数转换模块、存储模块、报警模块相连；所述模数转换模块还与所述存储模块相连；

所述供电模块用于给所述主控模块进行供电；

所述主控模块用于根据所述嵌入式开发的实验内容输出控制指令；

所述模数转换模块用于将所述实验结果进行模数转换；

所述存储模块用于存储所述控制指令、嵌入式开发的实验内容、实验结果；

所述报警模块用于根据储存结果中的异常情况进行声光报警。

优选地，所述主控模块采用STM32F103RCT6嵌入式-微控制器的集成电路。

优选地，所述存储模块包括若干个FLASH快闪存储器和RAM内部存储器。

优选地，所述功能调整单元包括难度调整模块和功能选择模块；所述难度调整模块和所述功能选择模块相连；

所述难度调整模块用于根据使用者能力以及实验目的选择相应功能的难度等级；

所述功能选择模块用于根据选择的所述难度等级开放功能权限。

优选地，所述功能选择模块包括测温模块、红外遥控模块、下载模块；所述主控模块分别与所述测温模块、红外遥控模块、下载模块相连；所述红外遥控模块还接有智能设备；所述测温模块还与所述报警模块相连；

所述测温模块用于实时检测当前所述实验板的温度信息；

所述红外遥控模块用于通过智能设备对所述主控模块进行控制；

所述下载模块用于对所述嵌入式开发的实验内容进行一键下载。

优选地，所述显示单元包括第一视频输出模块、第二视频输出模块、视频切换模块；所述第一视频输出模块、第二视频输出模块均与所述视频切换模块相连；

所述第一视频输出模块用于输出所述嵌入式开发的实验内容；所述第二视频输出模块用于输出当前所述实验区的输出结果；所述视频切换模块用于切换所述第一视频输出模块、第二视频输出模块。

本发明公开了以下技术效果：

本发明通过在教学板中集成多个功能模块，将多元功能集合在一个教学板中，不仅使用方便，维修方便，通用性强，能够用于学科竞赛，便于学生调试；而且还通过下载模块实现一键下载功能，使用者能够将实验中运行的代码进行保存并下载，还能够将从网上下载程序代码输入到本教学板中运行，提高了学生的学习效率，便于在各实践教学中广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的装置模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1所示，本实施例提供一种基于嵌入式开发的实验教学装置，包括：教学板、主控单元、功能调整单元、显示单元；主控单元、功能调整单元、显示单元均安置于教学板上；主控单元、功能调整单元、显示单元依次相连。

教学板用于输入嵌入式开发的实验内容，并进行实验；主控单元用于根据嵌入式开发的实验内容输出控制指令；功能调整单元用于根据控制指令进行功能调整，并输出功能调整结果；显示单元用于显示功能调整结果。

其中，教学板包括输入区和实验区；输入区与实验区相连；主控单元、功能调整单元、显示单元均置于实验区中；输入区用于输入嵌入式开发的实验内容；实验区用于根据嵌入式开发的实验内容进行实验。

主控单元包括供电模块、主控模块、模数转换模块、存储模块、报警模块；主控模块分别与供电模块、模数转换模块、存储模块、报警模块相连；模数转换模块还与存储模块相连；供电模块用于给主控模块进行供电；主控模块用于根据嵌入式开发的实验内容输出控制指令；模数转换模块用于将实验结果进行模数转换；存储模块用于存储控制指令、嵌入式开发的实验内容、实验结果；报警模块用于根据储存结果中的异常情况进行声光报警。

本发明的教学实验装置是为了嵌入式学习而设计开发的，所以选择的控制芯片必须满足基本教学要求，选择了常用的STM32F103RCT6嵌入式-微控制器的集成电路，其特点如下：LQFP64封装，内部集成256K的FLASH和48K的RAM，8个定时器，16路12位ADC，51个I/O口，5个串口，1个USB接口，3个SPI，1个CAN接口。其中内部集成足够多的FLASH和RAM，使得开发板不需要外扩FLASH和RAM,从而使印刷电路板只要2层设计就够了，减小了教学板的设计难度和制作成本。而内部集成足够的外设，为教学板能学习各种电路设计提供了硬件支持。

功能调整单元包括难度调整模块和功能选择模块；所述难度调整模块和所述功能选择模块相连；难度调整模块用于根据使用者能力以及实验目的选择相应功能的难度等级；功能选择模块用于根据选择的难度等级开放功能权限。

难度调整模块包括入门级、基础级和提高级难度选择，入门级难度选择只需要应用简单的、易于观察、易于上手的功能模块，适合学生开始学习；基础级难度选择能够独自进行嵌入式开发实验，通过测温模块对教学板进行保护；提高级能够进一步增加功能模块的组合可能性，进一步锻炼使用者对嵌入式开发的学习能力，且能够利用该模式完成功能模块之间的相互组合作用，提高嵌入式实验的功能实现的复杂度。

功能选择模块包括测温模块、红外遥控模块、下载模块；主控模块分别与测温模块、红外遥控模块、下载模块相连；红外遥控模块还接有智能设备；所述测温模块还与所述报警模块相连；测温模块用于实时检测当前实验板的温度信息；红外遥控模块用于通过智能设备对主控模块进行控制；下载模块用于对嵌入式开发的实验内容进行一键下载。

下载模块包括JTAG调试口和带一键下载功能的串口电路，其中主控模块除了JTAG调试口还能够兼容SWD调试模式，SWD是ARM公司提出的另一种调试接口，相对于JTAG接口，使用更少的信号线(一般只用4根，占用CPU两个I/O口)，而且更稳定，此实验教学板也兼容了SWD接口方式调试。

显示单元包括第一视频输出模块、第二视频输出模块、视频切换模块；第一视频输出模块、第二视频输出模块均与视频切换模块相连；第一视频输出模块用于输出嵌入式开发的实验内容；第二视频输出模块用于输出当前实验区的输出结果；视频切换模块用于切换第一视频输出模块、第二视频输出模块。

本发明公开了以下技术效果：

本发明通过在教学板中集成多个功能模块，将多元功能集合在一个教学板中，不仅使用方便，维修方便，通用性强，能够用于学科竞赛，便于学生调试；而且还通过下载模块实现一键下载功能，使用者能够将实验中运行的代码进行保存并下载，还能够将从网上下载程序代码输入到本教学板中运行，提高了学生的学习效率，便于在各实践教学中广泛推广。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，包括：教学板、主控单元、功能调整单元、显示单元；

所述主控单元、功能调整单元、显示单元均安置于所述教学板上；所述主控单元、功能调整单元、显示单元依次相连；

所述教学板用于输入嵌入式开发的实验内容，并进行实验；

所述主控单元用于根据所述嵌入式开发的实验内容输出控制指令；

所述功能调整单元用于根据所述控制指令进行功能调整，并输出功能调整结果；

所述显示单元用于显示所述功能调整结果。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，所述教学板包括输入区和实验区；所述输入区与所述实验区相连；所述主控单元、功能调整单元、显示单元均置于所述实验区中；

所述输入区用于输入嵌入式开发的实验内容；

所述实验区用于根据所述嵌入式开发的实验内容进行实验。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，所述主控单元包括供电模块、主控模块、模数转换模块、存储模块、报警模块；

所述主控模块分别与所述供电模块、模数转换模块、存储模块、报警模块相连；所述模数转换模块还与所述存储模块相连；

所述供电模块用于给所述主控模块进行供电；

所述主控模块用于根据所述嵌入式开发的实验内容输出控制指令；

所述模数转换模块用于将所述实验结果进行模数转换；

所述存储模块用于存储所述控制指令、嵌入式开发的实验内容、实验结果；

所述报警模块用于根据储存结果中的异常情况进行声光报警。

4.根据权利要求3所述的基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，所述主控模块采用STM32F103RCT6嵌入式-微控制器的集成电路。

5.根据权利要求3所述的基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，所述存储模块包括若干个FLASH快闪存储器和RAM内部存储器。

6.根据权利要求3所述的基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，所述功能调整单元包括难度调整模块和功能选择模块；所述难度调整模块和所述功能选择模块相连；

所述难度调整模块用于根据使用者能力以及实验目的选择相应功能的难度等级；

所述功能选择模块用于根据选择的所述难度等级开放功能权限。

7.根据权利要求3所述的基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，所述功能选择模块包括测温模块、红外遥控模块、下载模块；所述主控模块分别与所述测温模块、红外遥控模块、下载模块相连；所述红外遥控模块还接有智能设备；所述测温模块还与所述报警模块相连；

所述测温模块用于实时检测当前所述实验板的温度信息；

所述红外遥控模块用于通过智能设备对所述主控模块进行控制；

所述下载模块用于对所述嵌入式开发的实验内容进行一键下载。

8.根据权利要求2所述的基于嵌入式开发的实验教学装置，其特征在于，所述显示单元包括第一视频输出模块、第二视频输出模块、视频切换模块；所述第一视频输出模块、第二视频输出模块均与所述视频切换模块相连；

所述第一视频输出模块用于输出所述嵌入式开发的实验内容；所述第二视频输出模块用于输出当前所述实验区的输出结果；所述视频切换模块用于切换所述第一视频输出模块、第二视频输出模块。

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