CN207097308U - 一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱；属于实验箱技术领域；其技术要点包括箱体和箱盖，所述箱体侧壁上设有电源插座以及与电源插座电气连接的电源开关；在箱体内设有主板，在主板下侧的箱体内设有与电源开关电气连接的开关电源；所述主板上设有与开关电源电气连接的第一电源模块；在主板上设有至少两个与第一电源模块连接的核心板座，在主板上设有与各核心板座一一对应的下载/调试模块，在各核心板座上均连接有核心板；所述核心板为单片机核心板、CPLD核心板、FPGA核心板、STM32核心板的其中一种或多种；本实用新型旨在提供一种使用方便、效果良好的多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱；用于进行实验。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实验箱，更具体地说，尤其涉及一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱。
背景技术
单片机、数字电路与数字逻辑、EDA(Electronics Design Automation，电子设计自动化)技术、嵌入式系统、通信技术应用等是高校电子信息、通信、自动化等工科专业常开设的核心课程，实验箱是进行实践教学时比不可少的教学工具。高校通常的做法是采购独立的单片机、数字电路与数字逻辑、EDA技术、嵌入式系统实验平台，容易造成购置费用高，资金利用率低，要管理的设备多，后续维护麻烦等问题。
上述课程的特点，就是以某种处理器或可编程逻辑器件为核心，控制其他外部设备。而它们的外部设备有不少是相同或相似，因此可以将实验箱进行整合。现有一些实验设备，可完成“ARM+DSP+FPGA”实验或“单片机和EDA”实验，但它实际上是由独立嵌入式实验箱、DSP实验箱、EDA实验箱和单片机实验箱构成。或者在一个实验平台上集成单片机、CPLD、FPGA、STM32中的一款或者多款，因为共用一个下载/调试接口，往往不能同时完成两款微处理器或两款可编程逻辑器件实验，一般最多只能完成一款微处理器和一款可编程逻辑器件实验。同时，因为硬件电路固定，没法进行升级，也不方便使用者没法自行设计实验项目，不利于发挥使用者的创新性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种使用方便、效果良好的多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，包括箱体和箱盖，所述箱体侧壁上设有电源插座以及与电源插座电气连接的电源开关；在箱体内设有主板，在主板下侧的箱体内设有与电源开关电气连接的开关电源；所述主板上设有与开关电源电气连接的第一电源模块；在主板上设有至少两个与第一电源模块连接的核心板座，在主板上设有与各核心板座一一对应的下载/调试模块，在各核心板座上均连接有核心板；所述核心板为单片机核心板、CPLD核心板、FPGA核心板、STM32核心板的其中一种或多种；各核心板座为连接公座，在核心板上设有核心板座相配合的连接母座；在主板上设有输入模块、输出模块、串行总线模块、通信模块和模拟量模块；所述输入模块、输出模块、串行总线模块、通信模块和模拟量模块均通过跳线与各核心板座连接。
上述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱中，所述单片机核心板包括单片机板体、设置在单片机板体上的单片机紧缩座以及与单片机紧缩座连接的单片机时钟电路、单片机复位电路、电源接口、串行通信接口和单片机I/O口扩展引脚；对应的连接母座设置在单片机板体上；所述电源接口、串行通信接口均与连接母座连接。
上述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱中，所述CPLD核心板包括CPLD板体、设置在CPLD板体上的CPLD管座以及与CPLD管座连接的CPLD时钟电路、CPLD复位电路、电源接口、JTAG接口和CPLDI/O口扩展引脚；对应的连接母座设置在CPLD板体上；所述电源接口、JTAG接口均与连接母座连接。
上述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱中，所述FPGA核心板包括FPGA板体、设置在FPGA板体上的FPGA芯片以及与FPGA芯片连接的第二电源模块、FPGA时钟电路、FPGA复位电路、JTAG接口、FPGAI/O口扩展引脚、SDRAM存储器和第一Flash存储器；对应的连接母座设置在FPGA板体上；所述第二电源模块、JTAG接口均与连接母座连接。
上述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱中，所述STM32核心板包括STM32板体、设置在STM32板体上的STM32芯片以及与STM32芯片连接的第三电源模块、STM32时钟电路、STM32复位电路、JTAG接口、STM32I/O口扩展引脚、Micro SD存储器、第二Flash存储器、EEPROM存储器和TFT液晶触摸屏；所述第三电源模块、JTAG接口均与连接母座连接。
上述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱中，所述输入模块包括自锁开关、独立按键键盘和矩阵键盘；所述输出模块包括无源蜂鸣器电路、8*8单色LED点阵电路、LED驱动电路、四位一体共阳数码管接口、发光二极管电路、智能串口触摸屏接口、字符液晶接口以及与字符液晶接口连接的字符液晶对比度调节电路；所述串行总线模块包括温度传感器电路以及实时时钟电路；所述模拟量模块包括数模转换电路以及模数转换电路。
上述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱中，所述通信模块包括红外接收头电路、nRF24L01短距离无线通信模块接口、蓝牙模块接口、Wi-Fi模块接口、RFID模块接口、以太网模块和GPRS+GPS模块接口。
上述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱中，在箱体两侧内壁沿水平方向设有导轨，在主板两侧设有与导轨相配合的导向轮；所述导轨由靠近箱体开口一侧的导入部和沿水平方向设置的滑动部组成；主板通过导向轮和导轨配合装入箱体内时，主板边缘与箱体对应内端面接触；在外部试验台上设有与导向轮相配合的安装轨。
本实用新型采用上述结构后，具有下列优点：
一、实验箱可根据需要完成不同的微处理器或可编程逻辑器件实验，不需要额外的硬件设备支持，即可实现硬件仿真与下载功能。一个箱子，多种用途，节约设备购置成本。
二、实验箱采用“主板+核心板”的结构化设计方法，主板上的设备可由核心板控制，只要再研制DSP、SOPC等核心板，同样可以安装至本实验箱，完成相应课程的实验。
三、单片机、CPLD、FPGA和STM32的I/O接口通过香蕉插座引出，使用者可以自主连接控制其他功能模块，以“搭积木”的方式设计实验项目。
四、实验箱主板内置Wi-Fi模块、Bluetooth模块、RFID模块、GPRS+GPS模块、nRF24L01模块以及红外接收头，可供任课教师传授目前流行的无线数据传输技术，或者学生自主学习无线数据传输技术，进一步激发学生的学习热情。
五、实验箱可在单片机、数字电路与数字逻辑、EDA技术、嵌入式系统、通信技术应用等课程的实验教学和课程设计中使用，也可用于毕业设计、学生课外科技创新、学生学术竞赛训练等。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不构成对本实用新型的任何限制。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型箱体内壁的结构示意图；
图3是本实用新型主板的结构示意图；
图4是本实用新型单片机核心板的结构示意图；
图5是本实用新型CPLD核心板的结构示意图；
图6是本实用新型FPGA核心板的结构示意图；
图7是本实用新型STM32核心板的结构示意图；
图8是本实用新型核心板的仰视结构示意图；
图9是本实用新型各功能模块的连接框图；
图10是本实用新型第一电源模块的电路结构示意图；
图11是本实用新型核心板座的电路结构示意图；
图12是本实用新型下载/调试模块的电路结构示意图；
图13是本实用新型单片机核心板的电路结构示意图；
图14是本实用新型CPLD核心板的电路结构示意图；
图15是本实用新型FPGA核心板的部分电路结构示意图之一；
图16是本实用新型FPGA核心板的部分电路结构示意图之二；
图17是本实用新型FPGA核心板的部分电路结构示意图之三；
图18是本实用新型STM32核心板的部分电路结构示意图之一；
图19是本实用新型STM32核心板的部分电路结构示意图之二；
图20是本实用新型自锁开关的电路结构示意图；
图21是本实用新型独立按键键盘的电路结构示意图；
图22是本实用新型矩阵键盘的电路结构示意图；
图23是本实用新型无源蜂鸣器电路的电路结构示意图；
图24是本实用新型8*8单色LED点阵电路的电路结构示意图；
图25是本实用新型LED驱动电路的电路结构示意图；
图26是本实用新型四位一体共阳数码管接口的电路结构示意图；
图27是本实用新型发光二极管电路的电路结构示意图；
图28是本实用新型智能串口触摸屏接口的电路结构示意图；
图29是本实用新型字符液晶接口与对比度调节的电路结构示意图；
图30是本实用新型温度传感器电路的电路结构示意图；
图31是本实用新型实时时钟电路的电路结构示意图；
图32是本实用新型红外接收头电路的电路结构示意图；
图33是本实用新型nRF24L01短距离无线通信模块接口的电路结构示意图；
图34是本实用新型蓝牙模块接口的电路结构示意图；
图35是本实用新型Wi-Fi模块接口的电路结构示意图；
图36是本实用新型RFID模块接口的电路结构示意图；
图37是本实用新型以太网模块的电路结构示意图；
图38是本实用新型GPRS+GPS模块接口的电路结构示意图；
图39是本实用新型数模转换电路的电路结构示意图；
图40是本实用新型模数转换电路的电路结构示意图。
图中：箱体1、导轨1a、导入部1b、滑动部1c、箱盖2、电源插座3、电源开关4、主板5、导向轮5a、开关电源6、第一电源模块7、核心板座8、下载/调试模块9、单片机核心板10、单片机板体10a、单片机紧缩座10b、单片机时钟电路10c、单片机复位电路10d、串行通信接口10e、单片机I/O口扩展引脚10f、CPLD核心板11、CPLD板体11a、CPLD管座11b、CPLD时钟电路11c、CPLD复位电路11d、CPLDI/O口扩展引脚11e、FPGA核心板12、FPGA板体12a、FPGA芯片12b、FPGA时钟电路12c、FPGA复位电路12d、FPGAI/O口扩展引脚12e、SDRAM存储器12f、第一Flash存储器12g、STM32核心板13、STM32板体13a、STM32芯片13b、STM32时钟电路13c、STM32复位电路13d、STM32I/O口扩展引脚13e、Micro SD存储器13f、第二Flash存储器13g、EEPROM存储器13h、TFT液晶触摸屏13i、连接母座14、输入模块15、自锁开关15a、独立按键键盘15b、矩阵键盘15c、输出模块16、无源蜂鸣器电路16a、8*8单色LED点阵电路16b、LED驱动电路16c、四位一体共阳数码管接口16d、发光二极管电路16e、智能串口触摸屏接口16f、字符液晶接口16g、字符液晶对比度调节电路16h、串行总线模块17、温度传感器电路17a、实时时钟电路17b、通信模块18、红外接收头电路18a、nRF24L01短距离无线通信模块接口18b、蓝牙模块接口18c、Wi-Fi模块接口18d、RFID模块接口18e、以太网模块18f、GPRS+GPS模块接口18g、模拟量模块19、数模转换电路19a、模数转换电路19b。
具体实施方式
参阅图1至图8、图10和图11所示，本实用新型的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，包括箱体1和箱盖2，所述箱体1侧壁上设有电源插座3以及与电源插座3电气连接的电源开关4；在箱体1内设有主板5，在主板5下侧的箱体1内设有与电源开关4电气连接的开关电源6。电源插座3引入的220V交流市电，经过电源开关4后，接入开关电源6，开关电源6输出±12V和+5V的直流电，再送至主板5中，为整个主板5供电。
所述主板5上设有与开关电源6电气连接的第一电源模块7。在主板5上设有至少两个与第一电源模块7连接的核心板座8。在主板5上设有与各核心板座8一一对应的下载/调试模块9，在各核心板座8上均连接有核心板。所述核心板为单片机核心板10、CPLD核心板11、FPGA核心板12、STM32核心板13的其中一种或多种；各核心板座8为连接公座，在核心板上设有与核心板座8相配合的连接母座14。在本实施例中，连接母座14为2*20P牛角母座，核心板座8为相配合的2*20P牛角公座。优选的，核心板座8的个数为两个，可以单独或同时安装单片机、CPLD、FPGA和STM32中的任意一款，两个核心板有各自单独的下载/调试模块9，计算机可以通过下载/调试模块9给核心板编程，或进行仿真实验，核心板之间也可以相互通信。在本实施例中，图4至图7的核心板结构为示意图，不对各模块的位置进行限定，模块的分布可根据实际情况进行适当调整。
参阅图10所示，POWER1是开关电源提供的±12V及+5V直流电源。因为开关电源4输出的直流电压纹波较大，而做模拟量模块的实验，参考电压及输入电压要求纹波较小；因此采用L7805线性稳压器，将开关电源4输出的+12V将为纹波较小的+5V，提供给模拟量模块。同时，采用AMS1117-3.3芯片，将开关电源4输出的+5V转为+3.3V输出，提供给需要+3.3V供电的器件。
参阅图11所示，INTER_UP1和INTER_DWON1属于其中一个核心板座，INTER_UP2和INTER_DWON2属于另一个核心板座。核心板座上的卡槽是2×20P牛角公座，用于安装核心板，给核心板提供+5V和+3.3V电源，主板下载/调试模块的串行通信接口、JTAG接口均引至核心板座，以便给核心板座上的微处理器、可编程逻辑器件下载程序，或进行硬件仿真实验。
参阅图12所示，图中上部分虚线框内为其中一个下载/调试模块9，下部分为另一个下载/调试模块9。下载/调试模块9中DB是9帧母头计算机串口；JTAG端口是10脚公头牛角座，它的10个引脚均引至核心板座，以便不同引脚定义的JTAG均可与核心板通信，完成实验。MAX232芯片起电平转换作用，将计算机的RS-232-C电平转换为TTL电平，以便计算机通过串口给单片机核心板做的STC、SST单片机烧录程序，或者进行硬件仿真，调试源程序。计算机通过USB Blaster下载器连接JTAG端口，可以给CPLD核心板或FPGA核心板上的CPLD或FPGA芯片编程。计算机通过ST-LINK调试器连接JTAG端口，可以在线调试STM32核心板上的STM32单片机，或给其下载程序。
后续升级时，如果要增加AVR单片机核心板、DSP核心板、SOPC核心板等，只须更换对应的下载/调试器，无须再改造下载/调试模块。
参阅图4、图8和图13所示，所述单片机核心板10包括单片机板体10a、设置在单片机板体10a上的单片机紧缩座10b以及与单片机紧缩座10b连接的单片机时钟电路10c、单片机复位电路10d、电源接口、串行通信接口10e和单片机I/O口扩展引脚10f；所述连接母座14设置在单片机板体10a上；所述电源接口、串行通信接口10e均与连接母座14连接。在电路图中，P7位单片机紧缩座10b，P1至P4为单片机I/O口扩展引脚10f，P5和P6为2*20P牛角母座。单片机紧缩座10b可以安装PDIP40封装的单片机，如SST89E516RD、STC89C52RC、STC12C5A60S2等，它们都可以通过串口烧录程序。SST89E516RD单片机还具有硬件调试功能，让使用者在投资较少的情况下就可以做硬件仿真，调试软硬件。其他已烧录程序的DIP40封装51系列单片机，如AT89C51、P89C51等，可直接安装在单片机紧缩座上，利用实验箱上的模块进行实验。
单片机时钟电路10c的晶振频率，使用者可通过跳线选择11.0592MHz或者12MHz；11.0592MHz常用于单片机与计算机或其他外设进行串行通信。
参阅图5、图8和图14所示，所述CPLD核心板11包括CPLD板体11a、设置在CPLD板体11a上的CPLD管座11b以及与CPLD管座11b连接的CPLD时钟电路11c、CPLD复位电路11d、电源接口、JTAG接口和CPLDI/O口扩展引脚11e；所述连接母座14设置在CPLD板体11a上；所述电源接口、JTAG接口均与连接母座14连接。CPLD管座11b可以安装PLCC84封装的EMP7128SLC84-15N，计算机通过JTAG口可以给其编写程序。P1和P2是2×20P牛角母座，用于将核心板安装至主板，从主板取电及让CPLD通过JTAG口与主板上的下载/调试模块通信。
参阅图6、图8、图15、图16和图17所示，所述FPGA核心板12包括FPGA板体12a、设置在FPGA板体12a上的FPGA芯片12b以及与FPGA芯片12b连接的第二电源模块、FPGA时钟电路12c、FPGA复位电路12d、JTAG接口、FPGAI/O口扩展引脚12e、SDRAM存储器12f和第一Flash存储器12g；所述连接母座14设置在FPGA板体12a上；所述第二电源模块、JTAG接口均与连接母座14连接。在本实施例中，FPGA芯片型号为EP4CE10E22C8，第二电源模块采用AMS1117-1.2、AMS1117-2.5和AMS1117-3.3芯片，将输入的+5V直流电转换为+1.2V、+2.5V和+3.3V，提供给核心板各器件使用。H1、H2、H3、H4是FPGAI/O口扩展引脚12e；P1和P2是2×20P牛角母座，用于将核心板安装至主板，从主板取电及让FPGA通过JTAG口与主板上的下载/调试模块通信。
参阅图7、图8、图18和图19所示，所述STM32核心板13包括STM32板体13a、设置在STM32板体13a上的STM32芯片13b以及与STM32芯片13b连接的第三电源模块、STM32时钟电路13c、STM32复位电路13d、JTAG接口、STM32I/O口扩展引脚13e、Micro SD存储器13f、第二Flash存储器13g、EEPROM存储器13h和TFT液晶触摸屏13i；所述第三电源模块、JTAG接口均与连接母座14连接。在本实施例中，采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103VET6芯片，J1、J2、J3、J4是STM32I/O口扩展引脚13e。INTER_UP1和INTER_DOWM1是2×20P牛角母座，用于将核心板安装至主板，从主板取电，及让STM32F103VET6通过JTAG口与主板上的下载/调试模块通信。STM32F103VET6除了可以当单片机使用，完成单片机实验；还可以将uC/OS-III操作系统、uCLinux、eCos、FreeRTOS和djyOS(都江堰操作系统)移植至其中，完成嵌入式系统实验。第三电源模块采用AMS1117-3.3芯片，将输入的+5V直流电转换为+3.3V，提供给核心板各器件使用。AT24C256C为EEPROM存储器13h、W25Q32为第二Flash存储器13g，STM32F103VET6单片机通过SPI总线与触摸屏通信和第二Flash存储器13g通信，通过I2C总线与EEPROM存储器13h通信。
参阅图9所示，在主板5上设有输入模块15、输出模块16、串行总线模块17、通信模块18和模拟量模块19；所述输入模块15、输出模块16、串行总线模块17、通信模块18和模拟量模块19均通过跳线与各核心板座8连接。
所述输入模块15包括自锁开关15a、独立按键键盘15b和矩阵键盘15c。
参阅图20所示，自锁开关15a包含8个自锁开关，核心板上引出的I/O口通过8条带香蕉插头的线缆连接图20中P18香蕉插座，可完自锁开关实验。
参阅图21所示，独立按键键盘15b包含4个轻触开关，核心板上引出的I/O口通过4条带香蕉插头的线缆连接图21中P2香蕉插座，可完独立按键键盘实验。
参阅图22所示，矩阵键盘15c包含4行4列共16个轻触开关，核心板上引出的I/O口通过8条带香蕉插头的线缆连接图22中行线P11和列选P13的香蕉插座，可完矩阵键盘实验。
所述输出模块16包括无源蜂鸣器电路16a、8*8单色LED点阵电路16b、LED驱动电路16c、四位一体共阳数码管接口16d、发光二极管电路16e、智能串口触摸屏接口16f、字符液晶接口16g以及与字符液晶接口16g连接的字符液晶对比度调节电路16h。
参阅图23所示，BEEP1是无源蜂鸣器，PNP三极管Q9(S9012)起电流放大作用，核心板上引出的I/O口通过1条带香蕉插头的线缆连接图23中P33香蕉插座，可完成蜂鸣器发声实验。
参阅图25所示，LED驱动电路用于驱动四位一体共阳数码管或8×8单色LED点阵。P14和P15是驱动输入端，做实验时连接核心板I/O口；P9和P10是驱动输出端，做实验时连接四位一体共阳数码管的位选引脚或8×8单色LED点阵的行选引脚。
参阅图24所示，LED_CUBE安装1个8×8单色LED点阵。点阵的行选P30接图25LED驱动电路的输出端P9和P10，核心板上引出的I/O口通过带香蕉插头的线缆连接图24中列选引脚P24的香蕉插座，图25中LED驱动电路的输入端P14和P15的香蕉插座，可完成点阵显示实验。
参阅图26所示，U1和U2各处安装1个四位一体共阳数码管。数码管的位选P5和P6接图25LED驱动电路的输出端P9和P10，核心板上引出的I/O口通过带香蕉插头的线缆连接图26中段选引脚P4和P5的香蕉插座，图25中LED驱动电路的输入端P14和P15的香蕉插座，可完成数码管动态扫描实验。
参阅图27所示，J1是阻值为1kΩ的排阻，它充当限流电阻。核心板上引出的I/O口通过8条带香蕉插头的线缆连接P17香蕉插座，可完成发光二极管显示实验。
参阅图28所示，HMI1用于安装USART HMI智能串口屏，HMI_PWR1是触摸屏电源开关。核心板上引出的I/O口通过2条带香蕉插头的线缆连接HMI2香蕉插座，通过异步串行通信，可完成智能串口触摸屏实验。
参阅图29所示，U12用于安装1602字符液晶，LCD_BL1是10kΩ精密多圈电位器，用于调节液晶对比度。LCD DAT1连接液晶的数据引脚，LCD CTR1连接液晶的控制引脚。核心板上引出的I/O口通过11条带香蕉插头的线缆连接LCD DAT1、LCD CTR1香蕉插座，可完成字符液晶显示实验。
所述串行总线模块17包括温度传感器电路17a以及实时时钟电路17b。
参阅图30所示，温度传感器电路17a由数字型单总线温度传感器DS18B20构成，核心板上引出的I/O口通过1条带香蕉插头的线缆连接图30中P19香蕉插座，即可检测传感器周围环境的温度。温度传感器DS18B20的测温范围为-55～+125℃；测量精度在-10～+85℃范围内为±0.5℃。
参阅图31所示，实时时钟电路17b其核心器件是实时时钟芯片DS1302。核心板上引出的I/O口通过3条带香蕉插头的线缆连接图31中P29香蕉插座，采用3线制SPI总线通信，可读取DS1302的计时及日期信息。
所述通信模块18包括红外接收头电路18a、nRF24L01短距离无线通信模块接口18b、蓝牙模块接口18c、Wi-Fi模块接口18d、RFID模块接口18e、以太网模块18f和GPRS+GPS模块接口18g。
参阅图32所示，红外接收头电路18a由一体化红外接收头1838T构成，核心板上引出的I/O口通过1条带香蕉插头的线缆连接图32中P25香蕉插座，即可完成红外接收、解码实验。
参阅图33所示，nRF1处安装nRF24L01短距离无线通信模块，核心板上引出的I/O口通过6条带香蕉插头的线缆连接图33中P28香蕉插座，即可通过SPI总线控制nRF24L01无线模块与其他实验箱的nRF24L01无线模块通信。
参阅图34所示，BL1处安装HC-05蓝牙模块，核心板上引出的I/O口通过4条带香蕉插头的线缆连接图34中P16香蕉插座，即可通过串行总线控制蓝牙模块与智能手机或其他实验箱的蓝牙模块或通信。
参阅图35所示，ESP-1处安装ESP8266Wi-Fi模块，核心板上引出的I/O口通过4条带香蕉插头的线缆连接图35中P23香蕉插座，即可通过串行总线控制Wi-Fi模块与智能手机或其他实验箱的Wi-Fi模块通信。
参阅图36所示，RFID Module1处安装RFID模块RC522，RFID_PWR1是RFID开关。核心板上引出的I/O口通过6条带香蕉插头的线缆连接图36中P32香蕉插座，即可控制RFID模块，利用13.56MHz频率的电波作10cm以内短距离通信的技术实验，做近程通信。RC522模块默认控制接口为UART，通过调整板上的电阻，还可以使用SPI或I2C总线进行控制。
参阅图37所示，以太网模块18f核心器件是以太网收发芯片ENC28J60，RJ1是RJ45水晶头。核心板上引出的I/O口通过8条带香蕉插头的线缆连接图37中P34和P35香蕉插座，通过SPI总线控制ENC28J60，完成以太网通信实验。
参阅图38所示，GPS A1处安装GPRS+GPS A7模块，G_PWR1是模块的电源开关。核心板上引出的I/O口通过6条带香蕉插头的线缆连接图38中P31香蕉插座，通过串行总线控制GPRS+GPS模块，可以独立完成GPRS通信、收发GSM短消息及GPS定位实验。
所述模拟量模块19包括数模转换电路19a以及模数转换电路19b。
参阅图39所示，数模转换电路19a主要由8位数模转换器DAC0832LCN、双运算放芯片LM358构成。DAC0832LCN的参考电压是+5V，它是电流输出型数模转换器，第一级运放LM358B起电流转换成电压的作用，第二级运放LM358A起电压反相作用。核心板上引出的I/O口通过带香蕉插头的线缆连接图39中P20和P21香蕉插座，DAC0832LCN输出的电流经LM358B转换，在P27输出-5～0V的模拟电压；再经LM358A转换，在P22输出0～5V的模拟电压。数模转换模块可用于产生固定输出电压或使用者需要的特定波形。
参阅图40所示，模数转换电路19b主要由12位双积分型模数转换器ICL7109、极性反转电源转换器ICL7660和电源基准ADR420构成。核心板上引出的I/O口通过带香蕉插头的线缆连接图40中P3、P7和P8香蕉插座，模拟电压输入端P12接精密多圈电位器R1的输出端P1。ICL7109可将P12输入的模电电压转换为12位二进制数，从P3和P7引脚输出。极性反转电源转换器ICL7660可将第8脚输入的+5V电压转换成-5V输出，作为ICL7109的负电源。电源基准ADR420将电源模块LM7805输出的+5V电压转换成2.048V输出，给ICL7109提供参考电压，ICL7109可对P12输入的0～4.096模电电压进行转换，模数转换的分辨率为1mV。
为了方便主板5的安装或转移至实验台上，在箱体1两侧内壁沿水平方向设有导轨1a，在主板5两侧设有与导轨1a相配合的导向轮5a；所述导轨1a由靠近箱体1开口一侧的导入部1b和沿水平方向设置的滑动部1c组成；主板5通过导向轮5a和导轨1a配合装入箱体1内时，主板5边缘与箱体1对应内端面接触；在外部试验台上设有与导向轮5a相配合的安装轨。安装入实验箱时，将对应电源线连接完毕，主板5通过导向轮5a和导轨1a配合安装入实验箱内，实验箱的内壁设置有缓冲层，主板5进入箱体内时，主板边缘与缓冲层接触；当需要将主板5移至实验台上时，断开主板与箱体之间的连接线，主板通过导向轮5a和实验台上的安装轨配合安装在实验台上，将主板与实验台进行电源连接即可。安装方便的同时，还增加了实验箱主板的使用范围，节约设备购置成本。
使用时，将主板5与箱体1之间的电源连接线进行连接后将主板1安装进箱体1内，选择需要进行实验的核心板安装在核心板座上，通过带香蕉插头的线缆将所需模块与核心板座进行连接即可进行各种相应的实验。
以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。
Claims (8)
1.一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，包括箱体(1)和箱盖(2)，其特征在于，所述箱体(1)侧壁上设有电源插座(3)以及与电源插座(3)电气连接的电源开关(4)；在箱体(1)内设有主板(5)，在主板(5)下侧的箱体(1)内设有与电源开关(4)电气连接的开关电源(6)；
所述主板(5)上设有与开关电源(6)电气连接的第一电源模块(7)；在主板(5)上设有至少两个与第一电源模块(7)连接的核心板座(8)，在主板(5)上设有与各核心板座(8)一一对应的下载/调试模块(9)，在各核心板座(8)上均连接有核心板；所述核心板为单片机核心板(10)、CPLD核心板(11)、FPGA核心板(12)、STM32核心板(13)的其中一种或多种；各核心板座(8)为连接公座，在核心板上设有与核心板座(8)相配合的连接母座(14)；
在主板(5)上设有输入模块(15)、输出模块(16)、串行总线模块(17)、通信模块(18)和模拟量模块(19)；所述输入模块(15)、输出模块(16)、串行总线模块(17)、通信模块(18)和模拟量模块(19)均通过跳线与各核心板座(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，其特征在于，所述单片机核心板(10)包括单片机板体(10a)、设置在单片机板体(10a)上的单片机紧缩座(10b)以及与单片机紧缩座(10b)连接的单片机时钟电路(10c)、单片机复位电路(10d)、电源接口、串行通信接口(10e)和单片机I/O口扩展引脚(10f)；对应的连接母座(14)设置在单片机板体(10a)上；所述电源接口、串行通信接口(10e)均与连接母座(14)连接。
3.根据权利要求1所述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，其特征在于，所述CPLD核心板(11)包括CPLD板体(11a)、设置在CPLD板体(11a)上的CPLD管座(11b)以及与CPLD管座(11b)连接的CPLD时钟电路(11c)、CPLD复位电路(11d)、电源接口、JTAG接口和CPLDI/O口扩展引脚(11e)；对应的连接母座(14)设置在CPLD板体(11a)上；所述电源接口、JTAG接口均与连接母座(14)连接。
4.根据权利要求1所述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，其特征在于，所述FPGA核心板(12)包括FPGA板体(12a)、设置在FPGA板体(12a)上的FPGA芯片(12b)以及与FPGA芯片(12b)连接的第二电源模块、FPGA时钟电路(12c)、FPGA复位电路(12d)、JTAG接口、FPGAI/O口扩展引脚(12e)、SDRAM存储器(12f)和第一Flash存储器(12g)；对应的连接母座(14)设置在FPGA板体(12a)上；所述第二电源模块、JTAG接口均与连接母座(14)连接。
5.根据权利要求1所述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，其特征在于，所述STM32核心板(13)包括STM32板体(13a)、设置在STM32板体(13a)上的STM32芯片(13b)以及与STM32芯片(13b)连接的第三电源模块、STM32时钟电路(13c)、STM32复位电路(13d)、JTAG接口、STM32I/O口扩展引脚(13e)、Micro SD存储器(13f)、第二Flash存储器(13g)、EEPROM存储器(13h)和TFT液晶触摸屏(13i)；对应的连接母座(14)设置在STM32板体(13a)上；所述第三电源模块、JTAG接口均与连接母座(14)连接。
6.根据权利要求1所述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，其特征在于，所述输入模块(15)包括自锁开关(15a)、独立按键键盘(15b)和矩阵键盘(15c)；所述输出模块(16)包括无源蜂鸣器电路(16a)、8*8单色LED点阵电路(16b)、LED驱动电路(16c)、四位一体共阳数码管接口(16d)、发光二极管电路(16e)、智能串口触摸屏接口(16f)、字符液晶接口(16g)以及与字符液晶接口(16g)连接的字符液晶对比度调节电路(16h)；所述串行总线模块(17)包括温度传感器电路(17a)以及实时时钟电路(17b)；所述模拟量模块(19)包括数模转换电路(19a)以及模数转换电路(19b)。
7.根据权利要求1所述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，其特征在于，所述通信模块(18)包括红外接收头电路(18a)、nRF24L01短距离无线通信模块接口(18b)、蓝牙模块接口(18c)、Wi-Fi模块接口(18d)、RFID模块接口(18e)、以太网模块(18f)和GPRS+GPS模块接口(18g)。
8.根据权利要求1所述的一种多功能微处理器与可编程逻辑器件实验箱，其特征在于，在箱体(1)两侧内壁沿水平方向设有导轨(1a)，在主板(5)两侧设有与导轨(1a)相配合的导向轮(5a)；所述导轨(1a)由靠近箱体(1)开口一侧的导入部(1b)和沿水平方向设置的滑动部(1c)组成；主板(5)通过导向轮(5a)和导轨(1a)配合装入箱体(1)内时，主板(5)边缘与箱体(1)对应内端面接触；在外部试验台上设有与导向轮(5a)相配合的安装轨。
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| CN112363435A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-02-12 | 重庆航天职业技术学院 | 一种嵌入式开发板 |
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