多课题模块化电子设计综合创新实训平台的制作方法
专利名称：多课题模块化电子设计综合创新实训平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子信息工程教学领域，是一个综合型嵌入式电子设计平台，以电子信息类专业大学生在电子工程综合训练、毕业(课题)设计、创新课程设计、电子设计竞赛集训、职业技能培训为应用背景。该平台采用课题式、多模块化设计特点，功能突出，一目了然，非常适合于教学和科研。
背景技术：
电子信息产业是我国国民经济的战略性、基础性和先导性支柱产业，产业规模居各工业部门之首，多种电子产品产量居全球第一。同时，因其相关技术变化快，创新性强，涉及技术领域多，并且拥有很强的辐射和带动作用，使得电子信息产业在大力发展创新型国家的今天，发挥着越来越突出的作用。电子信息产业已经成为一个创新性最强、渗透性最 强、带动性最强的高智力密集型产业。电子信息产业不但本身是一个独立的产业，有完整的技术、产品，更重要的是它还在为其他行业提供服务，与其他传统产业的结合，就能为这些产业的提升产生更好的效益。如今，电子信息产业已广泛与工/农/商业、建筑业、金融业、军事、交通、物流等各个行业深度融合，为各行业的发展提供着智力和技术支持，拉动着各行业的快速发展。另一方面，根据相关调查显示，目前电子信息行业人才缺口却甚为巨大。当前人才缺口约为200万左右，而未来三年还将新增就业岗位超过150万个，其中新增吸纳大学生就业近100万人。同时，随着各行业信息化水平的不断提高，其他各行业对电子信息相关技术人才的需求亦呈逐年上升趋势。作为基础技术平台，嵌入式、FPGA、单片机等相关技术人才的需求将出现井喷之势。据不完全统计，仅嵌入式一年就将产生20万人才需求(目前80%嵌入式岗位处于有位无人窘境)，FPGA将有20-30万人才缺口(而目前国内只有I万)。在电子技术的应有领域，智能楼宇建筑相关电子人才缺口 40万，而在智能楼宇现有全国近100万从业者中，专业技术人员不足5%，汽车电子两年内亦将产生80万人才需求。由此可见，无论是电子行业，还是其他行业，对电子信息人才的需求都将非常巨大。目前大部分高校毕业生的技能无法满足用人单位的要求，造成了毕业生难找工作，用人单位招不到适用人才的局面。并且鉴于这种情况，学校为即将毕业的大学生开展了电子工程实训、毕业(课题)设计、创新课程设计、电子设计竞赛等科目，培养应用创新型人才，是当前各高校普遍关注的热点问题。目前的大多数实验平台由于集成度太高，学生往往难以系统、深入的掌握。该平台采用模块化、课题式的教学方式，利用多种课题方案引导学生的学习兴趣和设计兴趣，结合各种模块的不同组合，由浅入深地加强学生的相关知识学习和必要技能训练。
实用新型内容本实用新型是一款承载多种处理器技术和全面的电子设计的教学与训练平台，该平台可集合单片机、嵌入式处理器(ARM)、FPGA和DSP多种主流处理器技术为一体，采用多总处理器核心板和通用扩展底板结构，各种处理器核心板采用同一规格的接插件与一个通用的扩展板连接。该结构设计可以方便的实现多种核心处理器模块交换使用，该实验平台整合了多种传感器单元、信号调理电源、测量单元与控制存储单元、人机交互单元，使得系统中所有单元均以有线网络、无线网络为基础，通过局部ZIGBEE网络、RFID网络、GPRS网、互联网等成为一体，从而实现信号调理、测量、分析、控制、存储和通讯为一体的电子设计综合实训平台。以往教学设备通常采用将丰富功能集成在一块电路板上设计的方式，这种方式存在PCB复杂、布局紧凑、体积小集成度高等不足，导致学生没有直观的感性认识，难于理解系统内部功能和整体系统设计原理。该平台通过将嵌入式电子设计系统深度“解剖”，按功能分解为多达几十个模块，涵盖了模拟电源、信号采集、控制、存储、人机交互和通讯等方面，这些模块采用业界实用技术或电路设计方法，各模块设计简单组合系统灵活多变，既可搭建简单应用也可组合复杂系统，寓教于用，适合学生由浅入深、由模块到系统的认知习惯。针对以前的传统教学方法。既便于教师授课，又利于学生学习，充分体现了课题式、模块化的特点，采用模块化设计，功能突出，一目了然，非常适合于教学和实训。目前学生电子设计教学仅能局限于处理器和相关电路的技术点学习，弱化了学生 对电子产品系统设计的理解。该平台设计目的是着重加强学生对电子系统设计和学习的训练，学生通过多种课题的学习和训练可以掌握电子产品的系统设计方法，具备企业对电子人才需求的基本技能和素养。该平台以多种电子行业最新、最常用的主流电子产品为参考提供了涵盖工业控制行业、消费类电子行业、测量行业、物联网行业等几十种课题式应用设计，通过该平台提供的多种模块多种组合(核心处理器模块、控制模块、传感器或通信模块等)可设计出丰富的课题实现电子产品的原型设计。本实用新型设计的内容涵盖电子工程实训、毕业(课题)设计、创新课程设计、电子设计竞赛等科目设计的知识点，一个平台，多种应用。该平台涉及的课程有《模拟电子》、《数字电子》、《单片机原理与应用》、《信号与系统》、《嵌入式系统》、《传感器原理与应用》、《无线传感器网络》、《计算机控制技术》、《电机控制技术》、《自动控制原理》、((RFID原理》等课程。该实训平台的模块可替换，意味平台可以升级，可以通过自行创新设计或定制形成各自的特色，可以跟踪并采用现代电子技术的最新成果。本实用新型的技术方案为通过将嵌入式电子测控系统深度“解剖”，逐级分解为十几个模块，即嵌入式处理器模块，传感器及信号调理模块，信号放大模块，信号变换模块，信号源模块，音视频模块，控制及电机模块，通讯模块，键盘模块，显示模块，打印模块，红外收发模块，无线模块，高频收发模块和电源模块等。这些模块通过两条双排针连接器和信号转接板连接。该平台是一个通用型嵌入式电子设计平台，充分体现了多课题式及模块化的特点，嵌入式处理器模块有四类，即单片机、ARM、FPGA和DSP，均采用了业界广泛使用的处理器，分别设计成各种核心板，共用一个槽位，每种核心板结合其他共用模块，可以组成不同的设计平台，可以开展不同的课题。嵌入式处理器模块是实训平台的主控单元，分为四类，即单片机模块，ARM模块，FPGA模块和DSP模块等。根据选用的嵌入式处理器模块的不同，可构成不同的实训平台。一种多课题模块化电子设计综合创新实训平台，该平台以嵌入式处理器模块(2)为中心，其中，嵌入式处理器模块(2)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块￠)、信号变换模块(7)、信号源模块⑶、音视频模块⑷、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、键盘模块(9)、打印模块(10)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)、显示模块(16)和电源模块(3)与信号转接板⑴连接。该平台的嵌入式处理器模块⑵为通用接口，可以兼容单片机处理器模块、ARM处理器模块、FPGA处理器模块和DSP处理器模块。该平台的音视频模块(4)包括视频编解码和音频编解码两部分。多课题模块化电子设计综合创新实训平台的特征在于电源模块(3)与信号转接板(I)连接。传感器及信号调理模块(5)与信号放大模块(6)连接。信号放大模块(6)与信号变换模块(7)连接。信号源模块(8)与信号变换模块(7)连接。音视频模块(4)、信号变换模块(7)、键盘模块(9)、打印模块(10)、控制及 电机模块(11)、通讯模块(12)、无线模块(14)、高频收发模块(15)和显示模块(16)与嵌入式处理器模块(2)连接。传感器及信号调理模块、信号放大模块和信号变换模块是实训平台的信号采集单元，传感器及信号调理模块包含了温度、湿度、气体和光电等传感器，同时还包含一个通用的传感器输入插座。另外，传感器及信号调理模块还包含了信号调理电路。信号放大模块将来自传感器及信号调理模块的模拟信号予以放大，信号变换模块包含了 SPI接口的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，ADC将来自信号放大模块的模拟信号转换为数字信号。DAC将来自嵌入式处理器模块的数字信号转换为模拟信号。信号源模块提供实训平台需要的信号源，选用ADI公司的AD9833芯片，可输出正弦波、三角波或方波。同时模块具有信号输入和信号输出接口，便于灵活使用。同时模块上有一个宽带放大器单元。音视频模块包括CMOS图像传感器采集电路、音频信号采集和音频回放电路等。控制与电机模块是实训平台的控制单元，控制模块包含了步进电机驱动电路、直流电机驱动及测速电路)继电器(电磁和固态)驱动电路、数字开关量输入和输出电路、光耦隔离电路和告警模块等。通讯模块、红外收发模块，无线模块和高频模块是实训平台的通讯单元。通讯模块包含了 RS232、RS485、CAN和USB等接口电路；红外收发模块采用IRM5000芯片生成。无线模块和高频收发模块占用同一个槽位，无线模块包含可替换的以下模块，SPZIGBEE/WIFI/BT/GPRS/GPS 模块等。键盘模块、显示模块和打印模块是实训平台的人机接口单元，键盘模块为4X4的键盘矩阵，显示模块包括3. 2英寸TFTLCD模块和由四个8段数码管组成的显示模块，打印模块为平台附件，通过通讯模块的RS232接口连接。电源模块生成实训平台各模块需要的电源。 本实用新型装置有益效果多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于电子实训。因为嵌入式测控系统系统深度“解剖”为多达十几个模块，所以实训教学中可以根据学时和学员的基本情况安排实训内容，学员可以制作一个或多个模块，甚至整个系统。而且对基础不同的学员，可以因材施教。学员可以了解所制作模块在整个测控系统中的作用和系统的组成，深入了解所设计模块的原理和调测方法，并掌握原理图设计、PCB设计和电子焊接等基本技能。多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于毕业设计和课题设计。实训平台根据配备嵌入式处理器模块的不同，可以组成单片机开发平台、ARM开发平台、FPGA开发平台和DSP开发平台等。而在同一种开发平台中，通过制作不同的传感器模块和通讯模块等，就可形成不同的课题。基于该实训平台进行模块组合或开发某些特殊模块，学员便可以形成自己的研发平台，进行开发或研究。多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于创新课程设计。在创新课程的设计中，任课教师分析学生的需求，做到因材施教，避免用统一的内容对待不同的学生，该实训平台的特点使学生可以基于这个平台进行模块级的创新设计，也可以进行系统级的创新设计。实训平台是融合多门课程教学内容的产品，如传感器、模拟电路、数字电路，微机原理、程序设计和自动控制等，是多门课程的内延更新和外延拓展，不仅有助于学生扩展知识面，学以致用，更有助于培养学生的创新精神和创新能力。此外，多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于电子信息类职业技能培训。该平台总体上就是一个嵌入式测控系统，能够使其在学校里学到或没学到的知识高度融合，系统化并予以具体应用。拥有这些职业技能，即可基本满足电子类用人单位的要求，可以得心应手的面对实际工作中的挑战。
图I :为本发明线路结构框图图中1_信号转接板，2-嵌入式处理器模块，3-电源模块，4-音视频模块，5-传感器及信号调理模块，6-信号放大模块，7-信号变换模块，8-信号源模块，9-键盘模块，10-打印模块，11-控制及电机模块，12-通讯模块，13-红外收发模块，14-无线模块，15-高频收发模块，16-显不模块。
具体实施方式
参照图1，多课题模块化电子设计综合实训平台由信号转接板(I)、嵌入式处理器模块(2)、电源模块(3)、音视频模块(4)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块(6)、信号变换模块(7)、信号源模块(8)、键盘模块(9)、打印模块(10)、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)和显示模块(16)组成。信号转接板(I)主要负责各模块信号的转接，板上具有与各个模块连接的连接器。各模块与信号转接板的连接采用防错设计，通过在信号板上设置一个安装定位孔的方式实现，保证了模块插入的正确性。嵌入式处理器模块(2)中单片机模块选用宏晶公司STC89C5X系列单片机，ARM处理器模块选用ST公司的STM32系列CORTEX M3处理器STM32F20x，FPGA处理器模块有两种，一种选用ALTERA公司的CYCLONE III系列FPGA芯片，内嵌NIOS II内核，另一种选用XILINX的SPARANT 3系列FPGA芯片，内嵌MicroBlaze内核，DSP模块选用TI公司的TMS320F2833x系列DSP处理器。电源模块(3)通过对输入的AC220V电源整流滤波生成+/_12V，+5V和+3. 3V电源
供整板使用。音视频模块(4)采集来自CMOS图像传感器的信号，并将信号输入到嵌入式处理器模块。同时音频模块实行对MIC输入信号的采集、存储和回放。传感器及信号调理模块(5)包含了温度、湿度、气体和光电等传感器，同时还包含、一个通用的传感器输入插座。温湿度传感器米用AHlI,其它传感器米用MQ2,光电传感器米用的是光敏电阻，另外，传感器及信号调理模块还包含了一个由运放0P07搭建的信号调理电路。信号放大模块(6)将来自传感器及信号调理模块的模拟信号予以放大，信号放大电路是由运放0P07生成的差动放大电路。信号变换模块(7)包含了模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，ADC采用TI公司SPI接口的12位芯片TLV2543，将来自信号放大模块的模拟信号转换为数字信号。DAC采用TI公司SPI接口的12位芯片TLV5616，将来自嵌入式处理器模块的数字信号转换为模拟信号。信号源模块⑶选用ADI公司的AD9833芯片,可输出正弦波、三角波或方波,输出频率范围为OMHz-12. 5MHz。模块上有一个宽带放大器单元，采用AD603实现。信号源模块的输出信号连接到信号变换模块。键盘模块(9)选用了一片IIC接口的芯片CH452，同时该芯片可以驱动位于该模块·上的四个七段数码管。打印模块(10)连接到通讯模块(12)的RS232接口。控制及电机模块(II)包含了步进电机驱动电路、直流电机驱动及测速电路、继电器(电磁和固态)驱动电路、数字开关量输入和输出电路、光耦隔离电路和告警模块等。这些电路的控制信号来自于嵌入式处理模块(2)。通讯模块(12)包含了 RS232、RS485、CAN和USB等接口电路；这些电路都连接到嵌入式处理模块(2)红外收发模块(13)采用IRM5000芯片生成，占用了嵌入式处理模块(2)的一个UART接口。无线模块(14)和高频收发模块(15)占用同一个槽位，无线模块实际包括ZIGBEE、WIFI、BT、GPRS和GPS等模块，这些模块可以共用一个槽位，根据用户的需要配置。无线模块(14)和高频收发模块(15)占用了嵌入式处理模块(2)的一个带流控UART接口。显示模块(16)由一块3. 2英寸TFTIXD模块和由四个8段数码管组成的显示模块等组成，TFTIXD模块通过(16)位并行总线接口与嵌入式处理模块(2)连接，四个8段数码管组成的显示模块处于键盘模块的IIC接口芯片CH452控制。
权利要求1.一种多课题模块化电子设计综合创新实训平台，该平台以嵌入式处理器模块(2)为中心，其中，嵌入式处理器模块(2)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块￠)、信号变换模块(7)、信号源模块⑶、音视频模块⑷、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、键盘模块(9)、打印模块(10)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)、显示模块(16)和电源模块(3)与信号转接板(I)连接。
2.根据权利要求I所述的平台，其特征在于嵌入式处理器模块(2)为通用接口，可以兼容单片机处理器模块、ARM处理器模块、FPGA处理器模块和DSP处理器模块。
3.根据权利要求I所述的平台，其特征在于音视频模块(4)包括视频编解码和音频编解码两部分。
4.根据权利要求I所述的平台，其特征在于音视频模块(4)与嵌入式处理器模块(2)连接。
5.根据权利要求I所述的平台，其特征在于传感器及信号调理模块(5)与信号放大模块(6)连接。
6.根据权利要求I所述的平台，其特征在于信号放大模块(6)与信号变换模块(7)连接。
7.根据权利要求I所述的平台，其特征在于信号源模块(8)与信号变换模块(7)连接。
8.根据权利要求I所述的平台，其特征在于信号变换模块(7)与嵌入式处理器模块(2)连接。
9.根据权利要求I所述的平台，其特征在于键盘模块(9)与嵌入式处理器模块(2)连接。
10.根据权利要求I所述的平台，其特征在于打印模块(10)与嵌入式处理器模块(2)连接。
11.根据权利要求I所述的平台，其特征在于控制及电机模块(11)与嵌入式处理器模块⑵连接。
12.根据权利要求I所述的平台，其特征在于通讯模块(12)与嵌入式处理器模块(2)连接。
13.根据权利要求I所述的平台，其特征在于无线模块(14)与嵌入式处理器模块(2)连接。
14.根据权利要求I所述的平台，其特征在于高频收发模块(15)与嵌入式处理器模块⑵连接。
15.根据权利要求I所述的平台，其特征在于显示模块(16)与嵌入式处理器模块(2)连接。
专利摘要一种多课题模块化电子设计综合创新实训平台，该平台以嵌入式处理器模块(2)为中心，其中，嵌入式处理器模块(2)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块(6)、信号变换模块(7)、信号源模块(8)、音视频模块(4)、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、键盘模块(9)、打印模块(10)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)、显示模块(16)和电源模块(3)与信号转接板(1)连接。该平台具有多课题、模块化的特点，嵌入式处理器模块有单片机、ARM、FPGA和DSP四类，均采用了业界广泛使用的处理器，分别设计成各种核心板，共用一个槽位，每种核心板结合其他共用模块，可以组成不同的设计平台，可以开展不同的课题。
文档编号G09B23/18GK202473034SQ20112031487
公开日2012年10月3日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者余亚平, 吴勇, 孙景琪, 赵莉 申请人:北京亿旗创新科技发展有限公司
技术领域：
本实用新型涉及电子信息工程教学领域，是一个综合型嵌入式电子设计平台，以电子信息类专业大学生在电子工程综合训练、毕业(课题)设计、创新课程设计、电子设计竞赛集训、职业技能培训为应用背景。该平台采用课题式、多模块化设计特点，功能突出，一目了然，非常适合于教学和科研。
背景技术：
电子信息产业是我国国民经济的战略性、基础性和先导性支柱产业，产业规模居各工业部门之首，多种电子产品产量居全球第一。同时，因其相关技术变化快，创新性强，涉及技术领域多，并且拥有很强的辐射和带动作用，使得电子信息产业在大力发展创新型国家的今天，发挥着越来越突出的作用。电子信息产业已经成为一个创新性最强、渗透性最 强、带动性最强的高智力密集型产业。电子信息产业不但本身是一个独立的产业，有完整的技术、产品，更重要的是它还在为其他行业提供服务，与其他传统产业的结合，就能为这些产业的提升产生更好的效益。如今，电子信息产业已广泛与工/农/商业、建筑业、金融业、军事、交通、物流等各个行业深度融合，为各行业的发展提供着智力和技术支持，拉动着各行业的快速发展。另一方面，根据相关调查显示，目前电子信息行业人才缺口却甚为巨大。当前人才缺口约为200万左右，而未来三年还将新增就业岗位超过150万个，其中新增吸纳大学生就业近100万人。同时，随着各行业信息化水平的不断提高，其他各行业对电子信息相关技术人才的需求亦呈逐年上升趋势。作为基础技术平台，嵌入式、FPGA、单片机等相关技术人才的需求将出现井喷之势。据不完全统计，仅嵌入式一年就将产生20万人才需求(目前80%嵌入式岗位处于有位无人窘境)，FPGA将有20-30万人才缺口(而目前国内只有I万)。在电子技术的应有领域，智能楼宇建筑相关电子人才缺口 40万，而在智能楼宇现有全国近100万从业者中，专业技术人员不足5%，汽车电子两年内亦将产生80万人才需求。由此可见，无论是电子行业，还是其他行业，对电子信息人才的需求都将非常巨大。目前大部分高校毕业生的技能无法满足用人单位的要求，造成了毕业生难找工作，用人单位招不到适用人才的局面。并且鉴于这种情况，学校为即将毕业的大学生开展了电子工程实训、毕业(课题)设计、创新课程设计、电子设计竞赛等科目，培养应用创新型人才，是当前各高校普遍关注的热点问题。目前的大多数实验平台由于集成度太高，学生往往难以系统、深入的掌握。该平台采用模块化、课题式的教学方式，利用多种课题方案引导学生的学习兴趣和设计兴趣，结合各种模块的不同组合，由浅入深地加强学生的相关知识学习和必要技能训练。
实用新型内容本实用新型是一款承载多种处理器技术和全面的电子设计的教学与训练平台，该平台可集合单片机、嵌入式处理器(ARM)、FPGA和DSP多种主流处理器技术为一体，采用多总处理器核心板和通用扩展底板结构，各种处理器核心板采用同一规格的接插件与一个通用的扩展板连接。该结构设计可以方便的实现多种核心处理器模块交换使用，该实验平台整合了多种传感器单元、信号调理电源、测量单元与控制存储单元、人机交互单元，使得系统中所有单元均以有线网络、无线网络为基础，通过局部ZIGBEE网络、RFID网络、GPRS网、互联网等成为一体，从而实现信号调理、测量、分析、控制、存储和通讯为一体的电子设计综合实训平台。以往教学设备通常采用将丰富功能集成在一块电路板上设计的方式，这种方式存在PCB复杂、布局紧凑、体积小集成度高等不足，导致学生没有直观的感性认识，难于理解系统内部功能和整体系统设计原理。该平台通过将嵌入式电子设计系统深度“解剖”，按功能分解为多达几十个模块，涵盖了模拟电源、信号采集、控制、存储、人机交互和通讯等方面，这些模块采用业界实用技术或电路设计方法，各模块设计简单组合系统灵活多变，既可搭建简单应用也可组合复杂系统，寓教于用，适合学生由浅入深、由模块到系统的认知习惯。针对以前的传统教学方法。既便于教师授课，又利于学生学习，充分体现了课题式、模块化的特点，采用模块化设计，功能突出，一目了然，非常适合于教学和实训。目前学生电子设计教学仅能局限于处理器和相关电路的技术点学习，弱化了学生 对电子产品系统设计的理解。该平台设计目的是着重加强学生对电子系统设计和学习的训练，学生通过多种课题的学习和训练可以掌握电子产品的系统设计方法，具备企业对电子人才需求的基本技能和素养。该平台以多种电子行业最新、最常用的主流电子产品为参考提供了涵盖工业控制行业、消费类电子行业、测量行业、物联网行业等几十种课题式应用设计，通过该平台提供的多种模块多种组合(核心处理器模块、控制模块、传感器或通信模块等)可设计出丰富的课题实现电子产品的原型设计。本实用新型设计的内容涵盖电子工程实训、毕业(课题)设计、创新课程设计、电子设计竞赛等科目设计的知识点，一个平台，多种应用。该平台涉及的课程有《模拟电子》、《数字电子》、《单片机原理与应用》、《信号与系统》、《嵌入式系统》、《传感器原理与应用》、《无线传感器网络》、《计算机控制技术》、《电机控制技术》、《自动控制原理》、((RFID原理》等课程。该实训平台的模块可替换，意味平台可以升级，可以通过自行创新设计或定制形成各自的特色，可以跟踪并采用现代电子技术的最新成果。本实用新型的技术方案为通过将嵌入式电子测控系统深度“解剖”，逐级分解为十几个模块，即嵌入式处理器模块，传感器及信号调理模块，信号放大模块，信号变换模块，信号源模块，音视频模块，控制及电机模块，通讯模块，键盘模块，显示模块，打印模块，红外收发模块，无线模块，高频收发模块和电源模块等。这些模块通过两条双排针连接器和信号转接板连接。该平台是一个通用型嵌入式电子设计平台，充分体现了多课题式及模块化的特点，嵌入式处理器模块有四类，即单片机、ARM、FPGA和DSP，均采用了业界广泛使用的处理器，分别设计成各种核心板，共用一个槽位，每种核心板结合其他共用模块，可以组成不同的设计平台，可以开展不同的课题。嵌入式处理器模块是实训平台的主控单元，分为四类，即单片机模块，ARM模块，FPGA模块和DSP模块等。根据选用的嵌入式处理器模块的不同，可构成不同的实训平台。一种多课题模块化电子设计综合创新实训平台，该平台以嵌入式处理器模块(2)为中心，其中，嵌入式处理器模块(2)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块￠)、信号变换模块(7)、信号源模块⑶、音视频模块⑷、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、键盘模块(9)、打印模块(10)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)、显示模块(16)和电源模块(3)与信号转接板⑴连接。该平台的嵌入式处理器模块⑵为通用接口，可以兼容单片机处理器模块、ARM处理器模块、FPGA处理器模块和DSP处理器模块。该平台的音视频模块(4)包括视频编解码和音频编解码两部分。多课题模块化电子设计综合创新实训平台的特征在于电源模块(3)与信号转接板(I)连接。传感器及信号调理模块(5)与信号放大模块(6)连接。信号放大模块(6)与信号变换模块(7)连接。信号源模块(8)与信号变换模块(7)连接。音视频模块(4)、信号变换模块(7)、键盘模块(9)、打印模块(10)、控制及 电机模块(11)、通讯模块(12)、无线模块(14)、高频收发模块(15)和显示模块(16)与嵌入式处理器模块(2)连接。传感器及信号调理模块、信号放大模块和信号变换模块是实训平台的信号采集单元，传感器及信号调理模块包含了温度、湿度、气体和光电等传感器，同时还包含一个通用的传感器输入插座。另外，传感器及信号调理模块还包含了信号调理电路。信号放大模块将来自传感器及信号调理模块的模拟信号予以放大，信号变换模块包含了 SPI接口的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，ADC将来自信号放大模块的模拟信号转换为数字信号。DAC将来自嵌入式处理器模块的数字信号转换为模拟信号。信号源模块提供实训平台需要的信号源，选用ADI公司的AD9833芯片，可输出正弦波、三角波或方波。同时模块具有信号输入和信号输出接口，便于灵活使用。同时模块上有一个宽带放大器单元。音视频模块包括CMOS图像传感器采集电路、音频信号采集和音频回放电路等。控制与电机模块是实训平台的控制单元，控制模块包含了步进电机驱动电路、直流电机驱动及测速电路)继电器(电磁和固态)驱动电路、数字开关量输入和输出电路、光耦隔离电路和告警模块等。通讯模块、红外收发模块，无线模块和高频模块是实训平台的通讯单元。通讯模块包含了 RS232、RS485、CAN和USB等接口电路；红外收发模块采用IRM5000芯片生成。无线模块和高频收发模块占用同一个槽位，无线模块包含可替换的以下模块，SPZIGBEE/WIFI/BT/GPRS/GPS 模块等。键盘模块、显示模块和打印模块是实训平台的人机接口单元，键盘模块为4X4的键盘矩阵，显示模块包括3. 2英寸TFTLCD模块和由四个8段数码管组成的显示模块，打印模块为平台附件，通过通讯模块的RS232接口连接。电源模块生成实训平台各模块需要的电源。 本实用新型装置有益效果多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于电子实训。因为嵌入式测控系统系统深度“解剖”为多达十几个模块，所以实训教学中可以根据学时和学员的基本情况安排实训内容，学员可以制作一个或多个模块，甚至整个系统。而且对基础不同的学员，可以因材施教。学员可以了解所制作模块在整个测控系统中的作用和系统的组成，深入了解所设计模块的原理和调测方法，并掌握原理图设计、PCB设计和电子焊接等基本技能。多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于毕业设计和课题设计。实训平台根据配备嵌入式处理器模块的不同，可以组成单片机开发平台、ARM开发平台、FPGA开发平台和DSP开发平台等。而在同一种开发平台中，通过制作不同的传感器模块和通讯模块等，就可形成不同的课题。基于该实训平台进行模块组合或开发某些特殊模块，学员便可以形成自己的研发平台，进行开发或研究。多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于创新课程设计。在创新课程的设计中，任课教师分析学生的需求，做到因材施教，避免用统一的内容对待不同的学生，该实训平台的特点使学生可以基于这个平台进行模块级的创新设计，也可以进行系统级的创新设计。实训平台是融合多门课程教学内容的产品，如传感器、模拟电路、数字电路，微机原理、程序设计和自动控制等，是多门课程的内延更新和外延拓展，不仅有助于学生扩展知识面，学以致用，更有助于培养学生的创新精神和创新能力。此外，多课题模块化电子设计综合实训平台非常适合于电子信息类职业技能培训。该平台总体上就是一个嵌入式测控系统，能够使其在学校里学到或没学到的知识高度融合，系统化并予以具体应用。拥有这些职业技能，即可基本满足电子类用人单位的要求，可以得心应手的面对实际工作中的挑战。
图I :为本发明线路结构框图图中1_信号转接板，2-嵌入式处理器模块，3-电源模块，4-音视频模块，5-传感器及信号调理模块，6-信号放大模块，7-信号变换模块，8-信号源模块，9-键盘模块，10-打印模块，11-控制及电机模块，12-通讯模块，13-红外收发模块，14-无线模块，15-高频收发模块，16-显不模块。
具体实施方式
参照图1，多课题模块化电子设计综合实训平台由信号转接板(I)、嵌入式处理器模块(2)、电源模块(3)、音视频模块(4)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块(6)、信号变换模块(7)、信号源模块(8)、键盘模块(9)、打印模块(10)、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)和显示模块(16)组成。信号转接板(I)主要负责各模块信号的转接，板上具有与各个模块连接的连接器。各模块与信号转接板的连接采用防错设计，通过在信号板上设置一个安装定位孔的方式实现，保证了模块插入的正确性。嵌入式处理器模块(2)中单片机模块选用宏晶公司STC89C5X系列单片机，ARM处理器模块选用ST公司的STM32系列CORTEX M3处理器STM32F20x，FPGA处理器模块有两种，一种选用ALTERA公司的CYCLONE III系列FPGA芯片，内嵌NIOS II内核，另一种选用XILINX的SPARANT 3系列FPGA芯片，内嵌MicroBlaze内核，DSP模块选用TI公司的TMS320F2833x系列DSP处理器。电源模块(3)通过对输入的AC220V电源整流滤波生成+/_12V，+5V和+3. 3V电源
供整板使用。音视频模块(4)采集来自CMOS图像传感器的信号，并将信号输入到嵌入式处理器模块。同时音频模块实行对MIC输入信号的采集、存储和回放。传感器及信号调理模块(5)包含了温度、湿度、气体和光电等传感器，同时还包含、一个通用的传感器输入插座。温湿度传感器米用AHlI,其它传感器米用MQ2,光电传感器米用的是光敏电阻，另外，传感器及信号调理模块还包含了一个由运放0P07搭建的信号调理电路。信号放大模块(6)将来自传感器及信号调理模块的模拟信号予以放大，信号放大电路是由运放0P07生成的差动放大电路。信号变换模块(7)包含了模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，ADC采用TI公司SPI接口的12位芯片TLV2543，将来自信号放大模块的模拟信号转换为数字信号。DAC采用TI公司SPI接口的12位芯片TLV5616，将来自嵌入式处理器模块的数字信号转换为模拟信号。信号源模块⑶选用ADI公司的AD9833芯片,可输出正弦波、三角波或方波,输出频率范围为OMHz-12. 5MHz。模块上有一个宽带放大器单元，采用AD603实现。信号源模块的输出信号连接到信号变换模块。键盘模块(9)选用了一片IIC接口的芯片CH452，同时该芯片可以驱动位于该模块·上的四个七段数码管。打印模块(10)连接到通讯模块(12)的RS232接口。控制及电机模块(II)包含了步进电机驱动电路、直流电机驱动及测速电路、继电器(电磁和固态)驱动电路、数字开关量输入和输出电路、光耦隔离电路和告警模块等。这些电路的控制信号来自于嵌入式处理模块(2)。通讯模块(12)包含了 RS232、RS485、CAN和USB等接口电路；这些电路都连接到嵌入式处理模块(2)红外收发模块(13)采用IRM5000芯片生成，占用了嵌入式处理模块(2)的一个UART接口。无线模块(14)和高频收发模块(15)占用同一个槽位，无线模块实际包括ZIGBEE、WIFI、BT、GPRS和GPS等模块，这些模块可以共用一个槽位，根据用户的需要配置。无线模块(14)和高频收发模块(15)占用了嵌入式处理模块(2)的一个带流控UART接口。显示模块(16)由一块3. 2英寸TFTIXD模块和由四个8段数码管组成的显示模块等组成，TFTIXD模块通过(16)位并行总线接口与嵌入式处理模块(2)连接，四个8段数码管组成的显示模块处于键盘模块的IIC接口芯片CH452控制。
权利要求1.一种多课题模块化电子设计综合创新实训平台，该平台以嵌入式处理器模块(2)为中心，其中，嵌入式处理器模块(2)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块￠)、信号变换模块(7)、信号源模块⑶、音视频模块⑷、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、键盘模块(9)、打印模块(10)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)、显示模块(16)和电源模块(3)与信号转接板(I)连接。
2.根据权利要求I所述的平台，其特征在于嵌入式处理器模块(2)为通用接口，可以兼容单片机处理器模块、ARM处理器模块、FPGA处理器模块和DSP处理器模块。
3.根据权利要求I所述的平台，其特征在于音视频模块(4)包括视频编解码和音频编解码两部分。
4.根据权利要求I所述的平台，其特征在于音视频模块(4)与嵌入式处理器模块(2)连接。
5.根据权利要求I所述的平台，其特征在于传感器及信号调理模块(5)与信号放大模块(6)连接。
6.根据权利要求I所述的平台，其特征在于信号放大模块(6)与信号变换模块(7)连接。
7.根据权利要求I所述的平台，其特征在于信号源模块(8)与信号变换模块(7)连接。
8.根据权利要求I所述的平台，其特征在于信号变换模块(7)与嵌入式处理器模块(2)连接。
9.根据权利要求I所述的平台，其特征在于键盘模块(9)与嵌入式处理器模块(2)连接。
10.根据权利要求I所述的平台，其特征在于打印模块(10)与嵌入式处理器模块(2)连接。
11.根据权利要求I所述的平台，其特征在于控制及电机模块(11)与嵌入式处理器模块⑵连接。
12.根据权利要求I所述的平台，其特征在于通讯模块(12)与嵌入式处理器模块(2)连接。
13.根据权利要求I所述的平台，其特征在于无线模块(14)与嵌入式处理器模块(2)连接。
14.根据权利要求I所述的平台，其特征在于高频收发模块(15)与嵌入式处理器模块⑵连接。
15.根据权利要求I所述的平台，其特征在于显示模块(16)与嵌入式处理器模块(2)连接。
专利摘要一种多课题模块化电子设计综合创新实训平台，该平台以嵌入式处理器模块(2)为中心，其中，嵌入式处理器模块(2)、传感器及信号调理模块(5)、信号放大模块(6)、信号变换模块(7)、信号源模块(8)、音视频模块(4)、控制及电机模块(11)、通讯模块(12)、键盘模块(9)、打印模块(10)、红外收发模块(13)、无线模块(14)、高频收发模块(15)、显示模块(16)和电源模块(3)与信号转接板(1)连接。该平台具有多课题、模块化的特点，嵌入式处理器模块有单片机、ARM、FPGA和DSP四类，均采用了业界广泛使用的处理器，分别设计成各种核心板，共用一个槽位，每种核心板结合其他共用模块，可以组成不同的设计平台，可以开展不同的课题。
文档编号G09B23/18GK202473034SQ20112031487
公开日2012年10月3日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者余亚平, 吴勇, 孙景琪, 赵莉 申请人:北京亿旗创新科技发展有限公司
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