基于實驗系統(tǒng)采用電路可動態(tài)重組的設(shè)計方案

1.5 擴(kuò)展接口

可通過P3、P4兩個40針雙排插座實現(xiàn)與其他電路的連接，靈活支撐各類設(shè)計項目，有利于學(xué)生綜合、創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。

圖4所示為擴(kuò)展接口與核心電路EPM570T144C5N的連接示意。

2 實驗系統(tǒng)模式

綜合實驗系統(tǒng)采用模式化結(jié)構(gòu)，有0~7 共8 個模式，可通過人機交互模塊中的按鍵S0~S4進(jìn)行選擇。其中模式0~4是單片機模式，模式5~7是可編程邏輯器件模式。不同模式下，電路的結(jié)構(gòu)以及外圍硬件資源均有不同。

2.1 單片機模式

圖5 所示為模式0 的電路結(jié)構(gòu)。在模式0 下，發(fā)光二極管連接在單片機的P0口，如果P0口相應(yīng)位是邏輯“1”，則能夠點亮對應(yīng)的發(fā)光二極管。需要注意的是，P0口作為普通I/O口使用，需要接上拉電阻，圖5僅為電路結(jié)構(gòu)示意，實際電路中連接有5.1 kΩ。在模式0下，4×4矩陣按鍵不再作為矩陣按鍵使用，而是取矩陣按鍵中的K0~K7 作為獨立按鍵連接到單片機的P2 口。該模式下，連接有DS18B20，AT24C08和ADS7822等硬件資源。

圖6 所示為模式1 的電路結(jié)構(gòu)。在模式1 下，矩陣按鍵中的K0~K3作為獨立按鍵，連接到單片機的P2.0~P2.3 口。模式1 相對于模式0，增加了LCD1602、TLC5615 以及蜂鳴器。LCD1602 的數(shù)據(jù)線連接到單片機的P0 口，控制信號RS、RW 和E 分別連接到P2.5 口，P2.6口，P2.7口。為了簡化編程，在模式1下，LCD1602被禁止讀“忙”。這意味著，如果選用模式1對1602進(jìn)行操作時，只能通過延時來實現(xiàn)控制。TLC5615的控制信號nCS和SCK分別連接到P3.2口和P3.6口，而串行數(shù)據(jù)則通過P3.7口進(jìn)行傳輸。

模式2與模式1基本一致，區(qū)別在于將LCD1602換為12864.同樣，模式2 也不允許對12864 進(jìn)行讀“忙”操作。

模式3是單片機I/O擴(kuò)展模式，通過P0口和P2口進(jìn)行I/O擴(kuò)展;其中P0口用作數(shù)據(jù)通道，P2口用作控制通道。如：P2.0口用于使能發(fā)光二極管，P2.1口用于使能數(shù)碼管的段選信號，P2.2 口用于使能數(shù)碼管的位選信號，P2.3和P2.4控制矩陣按鍵，P2.5和P2.6控制液晶顯示器。在模式3下，單片機可以使用實驗系統(tǒng)上的所有外圍硬件資源。

模式4是單片機總線模式，所有外圍硬件資源通過總線與單片機相連，外圍硬件資源地址為0×0400~0×0600.

2.2 可編程邏輯器件模式

圖7所示為模式5電路結(jié)構(gòu)，即可編程邏輯器件模式。在模式5下，連接有發(fā)光二極管、數(shù)碼管、4×4矩陣按鍵、TLC5615 以及蜂鳴器。SW0~SW7 是EDA 核心板上的8 個獨立按鍵，按下為邏輯“0”。其中SW5 連接在EP3C10E144C8 芯片的多功能管腳nCEO 上，需要通過軟件將該管腳設(shè)置為普通I/O 腳，否則按鍵SW5 不能使用。提供三個時鐘信號，clk0 連接EDA 核心板上的40 MHz 有源晶振，clk1 和clk2 可在人機交互模塊進(jìn)行選擇。

模式6 與模式5 基本一致，所不同的是模式6 沒有連接數(shù)碼管，而是連接LCD1602.同樣，在模式6 下，1602不允許“讀忙”操作。模式7將模式6的1602換為12864，其他連接完全相同。

3 實驗系統(tǒng)應(yīng)用

綜合實驗系統(tǒng)制為實驗箱的形式，如圖8所示。目前已在我校承擔(dān)了“單片機原理與應(yīng)用”和“可編程邏輯器件與應(yīng)用”兩門課程的相關(guān)實驗。

(1)“單片機原理與應(yīng)用”相關(guān)實驗

包括流水燈的實現(xiàn)、數(shù)碼管顯示設(shè)計、接口技術(shù)--按鍵、串口通信、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字電壓表的設(shè)計、數(shù)控信號發(fā)生器的設(shè)計、數(shù)字溫度計的設(shè)計、彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計、電子萬年歷的設(shè)計等[4]。

(2)“可編程邏輯器件原理與應(yīng)用”相關(guān)實驗

包括：計數(shù)器的設(shè)計、LPM模塊的應(yīng)用、數(shù)控分頻器的設(shè)計、數(shù)碼管顯示設(shè)計、數(shù)字頻率計的設(shè)計、硬件電子琴的設(shè)計、矩陣鍵盤掃描電路的設(shè)計、直接數(shù)字頻率合成器(DDS)的設(shè)計、D/A轉(zhuǎn)化控制、字符型LCD顯示、數(shù)字調(diào)制模塊的設(shè)計、循環(huán)冗余校驗?zāi)K的設(shè)計等。

4 結(jié)語

設(shè)計良好的實驗系統(tǒng)能夠為學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)提供優(yōu)越的實驗環(huán)境。該綜合實驗系統(tǒng)采用模式化結(jié)構(gòu)、電路動態(tài)重組、預(yù)留擴(kuò)展接口，較好地適應(yīng)課程實驗教學(xué)的要求。從2009 年投入批量生產(chǎn)以來，學(xué)生反映良好，極大地提升了實驗教學(xué)的效果。此外，還為本科畢業(yè)生提供了畢業(yè)設(shè)計的綜合實驗平臺，能夠滿足多種教學(xué)需求。