專利名稱：可替換模塊化電子工程設(shè)計(jì)教學(xué)模板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于教學(xué)教具、實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，主要應(yīng)用于高?！半娮庸こ淘O(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)。
背景技術(shù)：
目前，在我國高校的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中，電類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本上處于試驗(yàn)箱這以水平上，其中一類是將某一門專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)，包含在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，如模電、數(shù)電、通信、高頻等課程，另一類是將某一方面的技術(shù)內(nèi)容包含在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，如單片機(jī)、EDA技術(shù)、DSP等。目前，以工程設(shè)計(jì)為培養(yǎng)目標(biāo)的系統(tǒng)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)設(shè)備，還沒有形成，主要原因是，工程技術(shù)錯(cuò)綜復(fù)雜，內(nèi)容繁多，閉環(huán)控制技術(shù)難度較大，尤其是在可靠性、電路匹配與連調(diào)方面，以及在教學(xué)的可操作性方面，以課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)的形式難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的若設(shè)計(jì)一種具有電子工程概念和模塊化、可替換的教學(xué)模板，則可將實(shí)際工程中許多常用的工程技術(shù)和實(shí)現(xiàn)模式，微縮成一個(gè)具有典型工程系統(tǒng)概念，又可進(jìn)行課堂教學(xué)操作的教學(xué)試驗(yàn)設(shè)備。
本實(shí)用新型的解決方案是為了盡可能全面模擬現(xiàn)實(shí)中的電子工程系統(tǒng)，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一組插件式模塊化電子工程摸板，包括主模板、附模板、手持遙控器和工裝實(shí)驗(yàn)箱，主模板和附模板的功能通過具有一定功能的插件式可替換模塊的組合來完成。主模板能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)的閉環(huán)控制，且通過無線或有線與遠(yuǎn)程控制端進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和功能擴(kuò)展，在主模板上的模塊中包含了使主模板與上位機(jī)聯(lián)系的串行通信驅(qū)動(dòng)模塊和可通過電話局網(wǎng)操作主模板的電話驅(qū)動(dòng)模塊以及實(shí)現(xiàn)多路控制的總線驅(qū)動(dòng)模塊。附模板作為主模板的遠(yuǎn)程控制端，具有與主模板無線通訊的功能，能夠顯示主模板的狀態(tài)和被控對(duì)象的參量、控制主模板的操作。手持遙控器通過紅外線通訊實(shí)現(xiàn)近距離對(duì)主模板的操作。工裝實(shí)驗(yàn)箱用來初步調(diào)試學(xué)生制作的具有相關(guān)功能的模塊組件。
所述的主模板按功能劃分為三部分第一部分包括可顯示被控對(duì)象狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)參量顯示表，各種傳感器，控制對(duì)象，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，手動(dòng)控制調(diào)節(jié)，打印機(jī)和電源配置7等部件，這些部件為固定在主模板上不可變的部分，這部分作為物理量的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和物理量的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。第二部分為插件式模塊化電路板及其插口組成的信息處理及控制部分，這些模塊為變送器單元、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換、LED顯示電路、鍵盤電路、CPU控制單元或FPGA邏輯設(shè)計(jì)單元、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)電路、多功能單元、音頻功放、直流穩(wěn)壓電源1、直流穩(wěn)壓電源2。第三部分為插件式模塊化電路板及其插口以及與外部連接的接口槽組成的與外部設(shè)備通訊的各種接口，這些模塊為串行通信驅(qū)動(dòng)、電話驅(qū)動(dòng)電路、總線驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元、紅外調(diào)制發(fā)射或接收單元。上述各部件和模塊的連接關(guān)系為控制對(duì)象的物理狀態(tài)通過傳感器經(jīng)變送器模塊、AD轉(zhuǎn)換器模塊送到CPU模塊，經(jīng)處理通過LED顯示模塊顯示出來，同時(shí)CPU控制模塊輸出控制信號(hào)經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)控制對(duì)象的物理狀態(tài)，CPU控制模塊可通過LED顯示模塊受到鍵盤模塊的操作和通過串行通信驅(qū)動(dòng)模塊受到外圍設(shè)備的操作，其中有通過調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元、紅外調(diào)制發(fā)射或接收單元模塊進(jìn)行的無線通信控制，有通過電話驅(qū)動(dòng)電路模塊與電話局網(wǎng)連接的有線通信控制，有與上位機(jī)聯(lián)系的串行接口，有通過總線驅(qū)動(dòng)電路可接多路控制的總線接口，另外，標(biāo)準(zhǔn)參量顯示表用于直接顯示控制對(duì)象的物理狀態(tài)，音頻功放接收DA轉(zhuǎn)換器模塊送來的CPU控制模塊合成的音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，CPU控制模塊還可通過多功能單元模塊與打印機(jī)連接，直流穩(wěn)壓電源1、直流穩(wěn)壓電源2模塊將變壓器降壓的市電輸出為所需的各級(jí)直流電壓供各模塊和各部件電源，手動(dòng)控制調(diào)節(jié)在驅(qū)動(dòng)電路控制下調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
所述的附模板帶有CPU控制單元、直流穩(wěn)壓電源、LED顯示電路、鍵盤電路、調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元模塊及其插口，用于與主模板的無線通信。上述模塊的連接關(guān)系與前面所述的同類模塊連接關(guān)系相同。
所述的工裝實(shí)驗(yàn)箱帶有模擬的控制對(duì)象和模擬的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和可插各種模塊的插口，用來調(diào)試學(xué)生搭裝的模塊。
所述的各插口固定在模板上表面，為可插接大、小兩種規(guī)格電路板的不等間距并排的3個(gè)多芯插座，對(duì)于功能相同而設(shè)計(jì)方法不同的各單元模塊可相互替換。
本實(shí)用新型的有益效果是采用上述方案后，將真實(shí)電子工程中常用到的技術(shù)方案和實(shí)用電路、通信方式等，根據(jù)電路功能和教學(xué)需要，制作成具有相應(yīng)功能的單元模塊和通信方式，再以相對(duì)統(tǒng)一的接口定義和電信號(hào)要求，重新組合起來，形成具有課堂教學(xué)可操作性的模塊化信息控制與通信系統(tǒng)的教學(xué)工程摸板。其中，每一個(gè)單元模塊的電路及功能，可以用多種不同的元器件和設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)，在試驗(yàn)中，學(xué)生制作完成的模塊只要符合接口定義和電信號(hào)的要求，就可以替換系統(tǒng)中原有的模塊，這樣，即能驗(yàn)證單元電路的設(shè)計(jì)在工程系統(tǒng)中是否能正常運(yùn)行和性能、指標(biāo)、誤差的好壞，以及調(diào)試方法和效果等多方面的要求，不但使工程訓(xùn)練的難度大大降低，又在很大程度上體現(xiàn)了學(xué)生的成就感，有效地調(diào)動(dòng)了其積極性的提高，使在課堂上難以完成的電子工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練成為現(xiàn)實(shí)。


圖1是主模板示意圖；圖2是控制機(jī)構(gòu)與變送器模塊和驅(qū)動(dòng)器模塊等的連接示意圖圖3是DA轉(zhuǎn)換、AD轉(zhuǎn)換、顯示板、單片機(jī)、鍵盤板、多功能板模塊連接示意圖；圖4是串行驅(qū)動(dòng)、總線驅(qū)動(dòng)、電話通信模塊的連接示意圖；圖5是調(diào)頻發(fā)射與接收模塊的連接示意圖；圖6是調(diào)幅發(fā)射與接收模塊的連接示意圖；圖7是音頻功放模塊的連接示意圖；圖8是直流電源模塊1、2的連接示意圖；圖9是紅外發(fā)射與接收模塊的連接示意圖；圖10是手持遙控器的連接示意圖；圖11是微型打印機(jī)的連接示意圖；圖中，1、揚(yáng)聲器，2、指示燈，3、手動(dòng)控制旋鈕，4、音量調(diào)節(jié)旋鈕，5、紅外發(fā)射管，6、紅外接收管，7、電源配置，8、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
圖1為主模板示意圖，圖中除了插件式模塊化電路板外，溫度控制機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)參量顯示表、各種傳感器、手動(dòng)控制旋鈕3、打印機(jī)、電源配置7、揚(yáng)聲器1、音量調(diào)節(jié)旋鈕4、指示燈2等構(gòu)成的物理量的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和物理量的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)皆固裝在主模板上。溫度控制機(jī)構(gòu)采用半導(dǎo)體制冷片，控制范圍為(-10-110)度，精度為±1度；轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)采用直流電機(jī)，控制范圍為(200-2000)轉(zhuǎn)，精度為千分之三；標(biāo)準(zhǔn)參量顯示表采用相應(yīng)的測(cè)量表；四組傳感器包括測(cè)溫的箔電阻、AD590和測(cè)速的光電管、轉(zhuǎn)速采集；手動(dòng)控制旋鈕3(見圖2)和音量調(diào)節(jié)旋鈕4為電位器；打印機(jī)采用微型打印機(jī)μ40B；電源配置7包括打印機(jī)專用電源(見圖11)和制冷片專用開關(guān)電源(見圖2)及開關(guān)按鈕；紅綠兩個(gè)指示燈2，紅燈指示制熱，綠燈指示制冷。主模板上由變送器單元、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換、LED顯示電路、鍵盤電路、CPU控制單元或FPGA邏輯設(shè)計(jì)單元、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)電路、多功能單元、音頻功放、直流穩(wěn)壓電源1、直流穩(wěn)壓電源2插件式模塊化電路板及其插口組成信息處理及控制部分；由串行通信驅(qū)動(dòng)、電話驅(qū)動(dòng)電路、總線驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元、紅外調(diào)制發(fā)射或接收單元插件式模塊化電路板及其插口以及與外部連接的接口槽組成與外部設(shè)備通訊的各種接口。這些插件式模塊化電路板按現(xiàn)有技術(shù)用元器件和編制的程序制成具有相應(yīng)功能的模塊。圖2中的變送器模塊可接收四組傳感器的信號(hào)，將溫度或轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送到AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)。圖2中的驅(qū)動(dòng)器模塊可接收來自DA(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)和來自電位器的手動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大來驅(qū)動(dòng)指示燈2、溫度控制機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)和電風(fēng)扇，驅(qū)動(dòng)器模塊需使用±12V/4A開關(guān)電源。圖2～圖9表示出了各模塊間及與外圍裝置的連接。下面分別具體說明各模塊的構(gòu)成和作用CPU控制單元板——是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，用89C51單片機(jī)完成溫控和通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、打印、按健識(shí)別、參數(shù)設(shè)置、以及閉環(huán)控制和通信等功能。數(shù)據(jù)總線P0口經(jīng)74LS245芯片的驅(qū)動(dòng)后進(jìn)入系統(tǒng)，P2口的低四位經(jīng)74LS138譯碼后形成C1-C4控制選通信號(hào)，A1-A4分別是由74LS373鎖存后的低八位地址的高四位。在本版上設(shè)置了通信接口芯片MAX232，用于完成RS232串行信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，波特率為12000。在版上有三個(gè)發(fā)光二極管，分別表示程序工作正常，在閉環(huán)控制中，打印機(jī)有效。
LED顯示、鍵盤板——四位LED顯示和20個(gè)按健，顯示采用串行鎖存方式，鎖存器使用四片74LS273，C1片選經(jīng)74LS138譯碼后，形成顯示和掃描鍵盤的控制信號(hào)，74LS245為鍵盤數(shù)據(jù)讀出緩沖驅(qū)動(dòng)。
AD轉(zhuǎn)換板——AD轉(zhuǎn)換器選用廉價(jià)的8位ADC0804芯片，需要說明的是，其基準(zhǔn)電壓要調(diào)節(jié)到3.2V，并非是常規(guī)的VCC/2，目的是，當(dāng)輸入電平為0-5V時(shí)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為0-200，除2即可得到溫度值。
DA轉(zhuǎn)換板——DA轉(zhuǎn)換器選用廉價(jià)的8位DAC0832芯片，由于此芯片不能同時(shí)輸出正負(fù)電平信號(hào)，需要設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路，使用雙運(yùn)放LF358完成電平的轉(zhuǎn)換，具體電路可在手冊(cè)中查到。配合調(diào)試程序，最終輸出電壓可調(diào)節(jié)為正負(fù)10V-11V之間。
變送器板——該板的主要功能是把溫度傳感器輸出的電流信號(hào)(每度1μA)，轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)(每度50mv)。考慮到溫度采集誤差的問題，電路中使用了本身的噪聲、時(shí)漂、溫漂等參數(shù)指標(biāo)較高的運(yùn)放，為了進(jìn)一步提高精度，采用了基準(zhǔn)電壓，為了溫度校準(zhǔn)方便，電路采用兩級(jí)放大設(shè)計(jì)。輸出電壓為0-5V，設(shè)計(jì)中考慮了輸出電壓超出范圍時(shí)，可能造成的后果。
驅(qū)動(dòng)器電路——將DA輸出的正負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)為具有3A負(fù)載能力的電路，本電路分別對(duì)輸入的正負(fù)電壓進(jìn)行電流放大，輸出極選用了一對(duì)NPN和PNP大功率三極管，輸出電壓為正負(fù)9V，用于驅(qū)動(dòng)制冷片的制冷和制熱以及直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
通信控制板(串行通信驅(qū)動(dòng))——該板是一塊通信監(jiān)測(cè)板，系統(tǒng)與外界的所有通信都要通過此板傳遞，并顯示通信內(nèi)容。在板上有一片89C2051單片機(jī)，兩片RS232接口芯片，完成傳遞過程。其中包括系統(tǒng)與PC機(jī)的通信，有線和無線通信的接收和發(fā)射的控制信號(hào)。在板上有兩個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)表示通信控制板發(fā)送給系統(tǒng)的信號(hào)有效，一個(gè)表示接收到系統(tǒng)的信號(hào)有效。
三路直流穩(wěn)壓電源板(直流穩(wěn)壓電源1)——電源板采用在一般工程中最常見的穩(wěn)壓方案，以普通的78系列調(diào)整管實(shí)現(xiàn)+5V、1.5A，+12V、0.5A，-12V、0.5A三組直流穩(wěn)壓電源。對(duì)于初次接觸電子線路的焊接、調(diào)試的同學(xué)來說，應(yīng)強(qiáng)調(diào)安全、細(xì)心。
時(shí)鐘打印驅(qū)動(dòng)板——時(shí)鐘電路選用了12887具有掉電保護(hù)的時(shí)鐘芯片，內(nèi)有144個(gè)不掉電RAM，在板上設(shè)置了74LS374作為打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)，打印機(jī)采用μP-40B漢字微型打印機(jī)，具體使用參考相關(guān)手冊(cè)和說明書。
二路直流穩(wěn)壓電源板(直流穩(wěn)壓電源2)+24V、0.5A和-24V、0.5A穩(wěn)壓板與三路直流穩(wěn)壓電源板的工作原理相同，用于需要專用電路的工作電源。
調(diào)頻發(fā)射板——由調(diào)頻信號(hào)輸入電路、調(diào)制電路、振蕩電路、隔離電路、發(fā)射電路組成，調(diào)制頻率為RS232串行輸出的1200波特率的數(shù)字信號(hào)，調(diào)制頻偏為(100-200)KHz，發(fā)射頻率為32MHz。為配合通信原理課程，電路設(shè)計(jì)完全選用了散件設(shè)計(jì)的方案。
調(diào)頻接收板——調(diào)頻接收電路是由MC3361解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的，在解調(diào)器之前增加了天線接收電路和一級(jí)高頻放大器，在解調(diào)器之后用LM393比較器進(jìn)行了信號(hào)整形，恢復(fù)原來的串行信號(hào)。
調(diào)幅發(fā)射板——由調(diào)幅信號(hào)輸入電路、調(diào)制電路、振蕩電路、隔離電路、發(fā)射電路組成，調(diào)制信號(hào)為RS232串行輸出的1200波特率的數(shù)字信號(hào)，發(fā)射頻率為26MHz。為配合通信原理課程，電路設(shè)計(jì)同樣選用了散件設(shè)計(jì)的方案。
調(diào)幅接收板——調(diào)幅接收電路也是由MC3361解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的，在解調(diào)器之前和調(diào)頻接收電路相同，利用解調(diào)器的混頻輸出設(shè)計(jì)中頻放大之后進(jìn)行檢波，再用LM393比較器進(jìn)行了信號(hào)整形。
音頻功放板——接收DA輸出的由CPU控制單元編制的音頻信號(hào)，推動(dòng)揚(yáng)聲器1發(fā)聲。
模塊電路板的插口采用3個(gè)26芯插座，其中兩個(gè)并聯(lián)，分別與另外一個(gè)形成一組，3個(gè)插座平行放置且間隔不等，這樣可適應(yīng)插接大、小兩種模塊電路板。圖1表示了各插口的連接方向。
附模板裝有CPU控制單元、直流穩(wěn)壓電源、LED顯示電路、鍵盤電路、調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元等模塊，設(shè)有與主模板一致的插口，同樣具備模塊可替換性能。
工裝實(shí)驗(yàn)箱設(shè)有與主模板一致的插口，同樣具備模塊可替換性能，可插接變送器單元、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換、LED顯示電路、鍵盤電路、CPU控制單元或FPGA邏輯設(shè)計(jì)單元、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換、直流穩(wěn)壓電源，且包括一個(gè)模擬的溫度傳感器和模擬的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要用于解決電路的初步調(diào)試和部分模塊的聯(lián)調(diào)問題。
圖10為手持遙控器示意圖，該遙控器裝有紅外發(fā)射管5和紅外接收管6，可發(fā)射紅外線控制主模板，也可接收紅外線得到主模板的信息。
本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)的功能如下1、溫度或轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括傳感器選擇、變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微機(jī)控制模塊、LED顯示板、直流穩(wěn)壓電路，共六項(xiàng)內(nèi)容。在試驗(yàn)中，首先選擇控制對(duì)象和采用的傳感器，將傳感器的信號(hào)經(jīng)變送器電路進(jìn)行調(diào)理放大，并完成校準(zhǔn)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制模塊，同時(shí)完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示程序的編寫，并在顯示板上顯示當(dāng)前真實(shí)的溫度或轉(zhuǎn)速。
2、閉環(huán)控制部分實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的設(shè)定和閉環(huán)控制功能。其中包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、功率驅(qū)動(dòng)器、鍵盤電路及鍵盤掃描、閉環(huán)控制程序編寫等，共五項(xiàng)內(nèi)容。首先由鍵盤確定控制參數(shù)，并與采集值進(jìn)行比較處理后，送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器、再經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)器，輸出大功率控制信號(hào)，進(jìn)一步控制相應(yīng)的物理量變化，使其逐漸穩(wěn)定在某一數(shù)值上。其中閉環(huán)控制程序可用多種方法實(shí)現(xiàn)。
3、時(shí)鐘打印部分在完成以上兩項(xiàng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的修改打印控制功能。其中包括時(shí)鐘電路、打印驅(qū)動(dòng)電路及時(shí)鐘修改、字符和曲線打印程序。
4、有線通信部分其中包括RS232串行接口與PC機(jī)的通信和電話線通信兩部分，通過編寫PC機(jī)的高級(jí)語言程序，以串行接口控制模板功能，建立上位機(jī)和下位機(jī)的控制概念。通過設(shè)計(jì)電話接口板電路及編寫程序，用電話控制模板各功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離有線通信。
5、無線通信部分其中包括調(diào)頻和調(diào)幅的接收和發(fā)射四部分電路，以及紅外遙控的接收和發(fā)射兩部分電路。需配合手持紅外遙控器和教學(xué)模板附板一起完成6、總線控制部分通過設(shè)計(jì)制作總線控制接口板和編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在一條總線上對(duì)多個(gè)和多種傳感器的采集和控制。并實(shí)現(xiàn)電源和信號(hào)的同時(shí)傳遞。
7、學(xué)習(xí)EDA技術(shù)通過編寫大規(guī)模邏輯設(shè)計(jì)芯片F(xiàn)PGA，從而去替換系統(tǒng)中原有的單片機(jī)控制板或多功能板，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)原有的功能。
由于各模塊單元電路，都有多種設(shè)計(jì)方法和用不同的電路來實(shí)現(xiàn)，只要符合要求，就可以在系統(tǒng)中進(jìn)行替換，根據(jù)學(xué)生理論課進(jìn)程的安排和其本人實(shí)際能力的大小，由易到難，逐步將設(shè)計(jì)制作的各個(gè)單元電路，替換到教學(xué)模板中去，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作。在教學(xué)模板中，除了完成電路設(shè)計(jì)外，還要編寫大量程序，其中主要包括89C51的匯編程序和PC機(jī)的高級(jí)語言程序1.數(shù)據(jù)采集及處理程序2.顯示程序
3.鍵盤掃描程序4.DA驅(qū)動(dòng)程序5.閉環(huán)控制程序6.時(shí)鐘控制程序7.打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序8.串行通信程序9.串行數(shù)據(jù)檢測(cè)程序10.無線通信控制程序11.紅外通信控制程序12.各接口電路驅(qū)動(dòng)程序13.PC機(jī)高級(jí)語言程序(上位機(jī))
權(quán)利要求1.可替換模塊化電子工程設(shè)計(jì)教學(xué)摸板，它包括能夠?qū)崿F(xiàn)電子信息控制和通過無線或有線與相應(yīng)設(shè)備通信的主模板、通過無線通訊實(shí)現(xiàn)顯示和控制主模板操作的附模板、通過紅外線通訊實(shí)現(xiàn)近距離控制主模板操作的手持遙控器和用來調(diào)試模塊組件的工裝實(shí)驗(yàn)箱，主模板和附模板的功能通過具有一定功能的插件式可替換模塊的組合來完成，其特征在于主模板作為現(xiàn)場(chǎng)控制部分，附模板作為無線遠(yuǎn)程控制部分，手持遙控器作為無線近程控制部分，并且主模板上的模塊中包含了使主模板與上位機(jī)聯(lián)系的串行通信驅(qū)動(dòng)模塊和可通過電話局網(wǎng)操作主模板的電話驅(qū)動(dòng)模塊以及實(shí)現(xiàn)多路控制的總線驅(qū)動(dòng)模塊，通過相應(yīng)模塊的組合，構(gòu)成一套模擬實(shí)際電子工程的教學(xué)摸板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可替換模塊化電子工程設(shè)計(jì)教學(xué)摸板，其特征在于所述的主模板按功能劃分為三部分第一部分為包括標(biāo)準(zhǔn)參量顯示表、傳感器、控制對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(8)、手動(dòng)控制調(diào)節(jié)(3)、打印機(jī)和電源配置(7)部件的物理量的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和物理量的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，第二部分為由模塊如變送器單元、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換、LED顯示電路、鍵盤電路、CPU控制單元或FPGA邏輯設(shè)計(jì)單元、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)電路、多功能單元、音頻功放、直流穩(wěn)壓電源1、直流穩(wěn)壓電源2及其插口組成的信息處理及控制部分，第三部分是由模塊如串行通信驅(qū)動(dòng)、電話驅(qū)動(dòng)電路、總線驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元、紅外調(diào)制發(fā)射或接收單元及其插口以及串行接口槽、電話接口槽、總線接口槽組成的用于與外部設(shè)備通訊的各種接口；上述各部件和模塊的連接關(guān)系為測(cè)量控制對(duì)象物理狀態(tài)的傳感器經(jīng)變送器模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊與CPU模塊的輸入連接；可顯示控制對(duì)象物理狀態(tài)和鍵盤輸入信號(hào)的LED顯示模塊將鍵盤模塊與CPU控制模塊連接起來，同時(shí)CPU控制模塊的可調(diào)節(jié)控制對(duì)象的物理狀態(tài)的輸出經(jīng)DA轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)模塊連接到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并且CPU控制模塊與串行通信驅(qū)動(dòng)模塊連接，串行通信驅(qū)動(dòng)模塊與用于與外部設(shè)備通訊的各種接口連接，這些用于與外部設(shè)備通訊的各種接口包括調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元、紅外調(diào)制發(fā)射或接收單元、可與電話局網(wǎng)連接的電話驅(qū)動(dòng)電路及其電話接口槽、與上位機(jī)聯(lián)系的串行接口槽、可接多路控制的總線驅(qū)動(dòng)電路及其總線接口槽；另外，用于直接顯示控制對(duì)象的物理狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)參量顯示表與傳感器連接，音頻功放的輸入經(jīng)DA轉(zhuǎn)換模塊接CPU控制模塊的輸出，其輸出接揚(yáng)聲器(1)，CPU控制模塊還通過多功能單元模塊與打印機(jī)連接；直流穩(wěn)壓電源1、直流穩(wěn)壓電源2模塊接將市電電壓降為所需電壓的電源配置(7)的輸出，其輸出的各級(jí)直流電壓接各模塊和各部件的電源輸入；手動(dòng)控制調(diào)節(jié)(3)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路接執(zhí)行機(jī)構(gòu)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可替換模塊化電子工程設(shè)計(jì)教學(xué)模型，所述的附模板帶有CPU控制單元、直流穩(wěn)壓電源、LED顯示電路、鍵盤電路、串行通信驅(qū)動(dòng)、調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元模塊及其插口；上述模塊的連接關(guān)系為CPU控制模塊與串行通信驅(qū)動(dòng)模塊連接，串行通信驅(qū)動(dòng)模塊與用于與主模板通訊的各種接口連接，這些用于與主模板通訊的各種接口包括調(diào)頻發(fā)射或接收單元、調(diào)幅發(fā)射或接收單元；可顯示由主模板傳來的控制對(duì)象物理狀態(tài)和鍵盤輸入信號(hào)的LED顯示模塊將鍵盤模塊與CPU控制模塊連接起來；直流穩(wěn)壓電源的輸入接市電，其輸出接各模塊和各部件的電源輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可替換模塊化電子工程設(shè)計(jì)教學(xué)摸板，其特征在于所述的工裝實(shí)驗(yàn)箱帶有模擬的控制對(duì)象和模擬的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(8)以及可插各種模塊的插口。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3、4所述的可替換模塊化電子工程設(shè)計(jì)教學(xué)摸板，其特征在于所述的各插口為固定于模板上表面的可插接大、小兩種規(guī)格電路板的不等間距并排的3個(gè)多芯插座。
專利摘要可替換模塊化電子工程設(shè)計(jì)教學(xué)模板屬于教學(xué)教具、實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，主要應(yīng)用于高?！半娮庸こ淘O(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)。為了全面模擬現(xiàn)實(shí)中的電子工程系統(tǒng)，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一組插件式模塊化模板電子工程模板，包括電子信息控制與通信——主模板、無線通信——副模板、手持遙控器和調(diào)試工裝實(shí)驗(yàn)箱。其中，主模板、副模板、調(diào)試工裝實(shí)驗(yàn)箱具有統(tǒng)一插口，對(duì)于功能相同而設(shè)計(jì)方法不同的各單元模塊可相互替換。本設(shè)計(jì)將真實(shí)電子工程中常用到的技術(shù)方案和實(shí)用電路、通信方式等，根據(jù)電路功能和教學(xué)需要，制作成具有相應(yīng)功能的單元模塊和通信方式，再以相對(duì)統(tǒng)一的接口定義和電信號(hào)要求，重新組合起來，形成具有課堂教學(xué)可操作性的模塊化信息控制與通信系統(tǒng)的教學(xué)工程模板。
文檔編號(hào)G09B25/00GK2754172SQ20042004761
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月6日
發(fā)明者賈惠忠, 張印春, 孫景琪, 王紅飛 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)