【大學(xué)生電子設(shè)計競賽及學(xué)生課外科技創(chuàng)新培訓(xùn)平臺】

　　功能/作用介紹

　　簡介

　　目前我校大學(xué)生電子類的課外科技制作、實踐創(chuàng)新以及電子設(shè)計競賽活動已經(jīng)進(jìn)行得如火如荼，作為多屆電子設(shè)計競賽和多個SRTP項目的指導(dǎo)老師，我們發(fā)現(xiàn)：在以往的電子設(shè)計競賽、科技創(chuàng)新活動的培訓(xùn)過程中，缺乏系統(tǒng)的、綜合的培訓(xùn)平臺。為了實現(xiàn)預(yù)定的題目或者任務(wù)，學(xué)生們多使用傳統(tǒng)的多孔實驗板或者手工腐蝕電路板進(jìn)行電路的搭建，這種方法不僅效率低下、費時費力，而且搭建的電路極其不可靠，故障查找和電路調(diào)試?yán)щy，給學(xué)生在電子設(shè)計的實踐活動中造成了極大的門檻，很大程度上影響了培訓(xùn)效果以及比賽成績。

　　此外，在培訓(xùn)和指導(dǎo)過程中我們還發(fā)現(xiàn)：電子設(shè)計中的一些常用功能模塊具有較高的重復(fù)性和通用性，如果能將它們設(shè)計成單獨的電路模塊，則可以根據(jù)不同的設(shè)計要求，對這些模塊進(jìn)行組合，以實現(xiàn)不同的功能;同時，這些模塊還可以多次重復(fù)利用。

　　為此，我們設(shè)計了實際電子產(chǎn)品制作過程中常用的功能模塊，在此基礎(chǔ)上研制了該培訓(xùn)平臺，它由以下基本模塊組成：

　　1.ARM最小系統(tǒng)模塊:

　　CPU：LPC1768，可以更換為100腳其他型號的LPC1700

　　時鐘電路：板載32.768KHz和12MHz時鐘

　　調(diào)試接口：引出JTAG，可以用SWD或者JTAG模式進(jìn)行調(diào)試

　　用戶接口：5個LED指示燈

　　電源：USB和外部輸入雙電源接口設(shè)計

　　GPIO：引出全部未使用GPIO，引腳間距2.54mm

　　其他資源：引出USB Device接口，可以用來評估USB HID/Mem等例子

　　2.FPGA最小系統(tǒng)模塊

　　核心器件為FPGA芯片Altera EPM2C8，EPM2C8管腳以插針的形式從背面引出，以供外部擴展時使用;

　　時鐘資源包括頻率為66M有源晶振;

　　復(fù)位電路由一個復(fù)位按鍵和一片復(fù)位芯片組成，復(fù)位芯片為MAX811R;

　　接口資源包括USB Deivce接口(可作為供電電源使用)，JTAG下載接口，Config下載接口;

　　電源部分包括1片LM1117-3.3和1片LM1117-1.5。

　　3.DSP最小系統(tǒng)模塊

　　處理器TMS320F28335，32位浮點高速數(shù)字處理器，工作頻率150M;

　　片內(nèi)內(nèi)置256K×16-bit FLASH，可存放用戶程序，F(xiàn)LASH可加密;

　　片內(nèi)8K×16-bit Boot ROM;

　　片內(nèi)OTP ROM：1K×16-bit;

　　片內(nèi)34K×16-bit SRAM;

　　片內(nèi)A/D：2×8通道，12-bit分辯率，80ns轉(zhuǎn)換時間、0～3V量程;

　　片內(nèi)PWM：12通道輸出，6路高精度PWM (HRPWM);

　　1個功能指示LED，1個功能按鍵，1個復(fù)位按鍵;

　　4.CPLD最小系統(tǒng)模塊

　　FPGA主芯片采用Altera公司高性價比CPLD：MAXII系列EPM240CT100C5

　　板載50MHz有源晶振。

　　精心的去耦設(shè)計，采用大量去耦電容。

　　4.5V直流電源插座。

　　紅色電源指示燈。

　　帶電源開關(guān)，自鎖按鍵。

　　帶一個綠色的用戶可編程Led指示燈。

　　帶一個可編程輕觸按鍵。

　　預(yù)留外部時鐘接口。

　　5.鍵盤和LED顯示模塊

　　使用ZLG7289制作的獨立鍵盤輸入和LED顯示模塊，采用SPI接口與單片機相連，具有功能強大、使用簡單方便的特點;

　　6.直流電機驅(qū)動模塊

　　采用專用的直流電機驅(qū)動芯片L298，實現(xiàn)直流電機的驅(qū)動。L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器,其設(shè)計是為接受標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號和驅(qū)動電感負(fù)載的, 例如繼電器、圓筒形線圈、直流電動機和步進(jìn)電動機。具有兩抑制輸人來使器件不受輸入信號影響。每橋的三級管的射極是連接在一起的, 相應(yīng)外接線端可用來連接外設(shè)傳感電阻?？砂仓昧硪惠斎腚娫? 使邏輯能在低電壓下工作。

　　7.步進(jìn)電機驅(qū)動模塊

　　采用L297+L298的步進(jìn)電機驅(qū)動方案，實現(xiàn)步進(jìn)電機的單片機直接控制。L297是步進(jìn)電機專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號， 可用于計算機控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式 控制步進(jìn)電機。芯片內(nèi)的PWM 斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機繞組中的電機繞組中 的電流。該集成電路采用了SGS 公司的模擬/數(shù)字兼容的I2L 技術(shù)，使用5V 的電源電壓， 全部信號的連接都與TFL/CMOS 或集電極開路的晶體管兼容。

　　8.AD采集模塊

　　采用德州儀器公司生產(chǎn)的TLC2543作為AD轉(zhuǎn)換芯片。TLC2543是德州儀器公司生產(chǎn)的12位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線SPI串行接口可方便地與單片機進(jìn)行連接，是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。

　　9.地磁傳感器模塊

　　10.三軸數(shù)字陀螺模塊

　　11.聲音采集與播放模塊

　　12.CDMA數(shù)據(jù)傳輸模塊

　　13.GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊

　　14.開關(guān)電源模塊

　　15.線性電源模塊

　　該培訓(xùn)平臺專門用于大學(xué)生電子設(shè)計競賽的培訓(xùn)以及學(xué)生科技創(chuàng)新項目的開展，一方面使學(xué)科競賽的培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，學(xué)生們可以在統(tǒng)一、穩(wěn)定的平臺上進(jìn)行賽題的訓(xùn)練，而不必要使用傳統(tǒng)落后的方式自己搭建不穩(wěn)定的電路系統(tǒng)，大大增強了培訓(xùn)效果、提高了比賽成績;另外一方面也降低了學(xué)生參與科技創(chuàng)新項目的學(xué)習(xí)門檻和設(shè)計調(diào)試難度，有利于學(xué)生開展實際電子電路的設(shè)計與制作以及軟件編程的學(xué)習(xí)，以便他們更系統(tǒng)化地掌握所學(xué)的知識，參加課外科技實踐活動。

　　近七年國家級、北京市級電子設(shè)計競賽的喜人成績以及我院科技創(chuàng)新項目的蓬勃開展，都在不同程度上說明了該平臺在學(xué)生實踐水平和創(chuàng)新能力提高方面所起的重要作用。

　　作品名稱：大學(xué)生電子設(shè)計競賽及學(xué)生課外科技創(chuàng)新培訓(xùn)平臺

　　完成單位：北京科技大學(xué)自動化學(xué)院