導(dǎo)語：電子實(shí)踐教學(xué)的開發(fā)與應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1總體方案設(shè)計(jì)

電子實(shí)踐教學(xué)研究開發(fā)系統(tǒng)是根據(jù)電工電子實(shí)踐教學(xué)的需要，通過多方調(diào)研，聽取了我國多所大學(xué)教育專家和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)專家意見，結(jié)合人才培養(yǎng)的實(shí)際需求而研制成功的實(shí)踐教學(xué)研究開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)科技含量高，實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用面廣，整合了電子實(shí)踐課程需求的主要電路模塊，綜合有模擬（ispPAC10、20、80）在系統(tǒng)可編程技術(shù)、數(shù)字（FPGA和CPLD）在系統(tǒng)可編程技術(shù)、單片機(jī)在系統(tǒng)可編程技術(shù)，可直接將大規(guī)模集成編程芯片應(yīng)用于設(shè)計(jì)過程中；有電平發(fā)生電路、HEX發(fā)生電路、單次脈沖發(fā)生電路、方陣鍵盤信號產(chǎn)生電路等各種輔助電路；有譯碼顯示電路、動態(tài)掃描電路、LED點(diǎn)陣顯示電路、LCD顯示電路；還有信息存儲電路、掉電保護(hù)電路、繼電器和蜂鳴器電路、VGA—PS/2—RS232口等輸入輸出電路。本系統(tǒng)的所有電路集成在一塊電路板上，便于攜帶，使用靈活方便，對模擬、數(shù)字和單片機(jī)編程芯片通過計(jì)算機(jī)并行口現(xiàn)場編程即可使用。為現(xiàn)代大學(xué)生實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和研究開發(fā)提供了一個(gè)嶄新的平臺，也為教師從事各類課題的研究提供了友好的平臺。

1.1編程電路

1.1.1ispPAC編程電路

ispPAC系列采用跨導(dǎo)運(yùn)算技術(shù)，以模擬電流作為主要信號參量，以跨導(dǎo)運(yùn)算放大器（OTA）取代電壓運(yùn)算放大器，以基于OTA的有源元件取代部分無源元件。該類器件利用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）按照配置數(shù)據(jù)改變OTA的偏置電流,從而改變其互導(dǎo)增益gm和電壓放大器增益Au。由于在集成電路（IC）中易于改變且調(diào)整范圍較大,控制精確較高，因此該類器件的參數(shù)變化范圍和分辨率均可顯著提高[2]。到目前為止，Lattice半導(dǎo)體公司已推出的在系統(tǒng)可編程模擬器主要有：ispPAC10、ispPAC20、ispPAC30和ispPAC80/81。ispPAC10編程電路內(nèi)部資源有可程控的放大器，可設(shè)計(jì)各類（整數(shù)、分?jǐn)?shù)和小數(shù)）放大器、加減法運(yùn)算電路、濾波器、壓控振蕩器等，輸入端外接信號或通過跳線接傳感器的信號，輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路相連（通過跳線）；ispPAC20編程電路內(nèi)部資源有可程控的放大器、低通濾波器、模擬量比較器、DAC等，通過跳線，模擬輸入端外接信號（或來至溫度傳感器的信號），數(shù)字輸入端可與A/D轉(zhuǎn)換電路或電平發(fā)生電路相連，輸出端也可與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，利用此電路可以實(shí)現(xiàn)欠壓、過壓報(bào)警；溫度和壓力等非電量的測量和控制等課題研究；ispPAC80編程電路內(nèi)部資源有各類濾波器，可以用來設(shè)計(jì)各類濾波器。通過跳線實(shí)現(xiàn)和其它電路的連接。

1.1.2EPF10K10編程電路

由于EPF10K10屬于FPGA類器件，掉電后編程進(jìn)去的信息會丟失，因此為使用方便和數(shù)據(jù)安全，本電路模塊配備了掉電保護(hù)電路。使用時(shí)，先通過編程口對EPC2LC20進(jìn)行編程，然后將對應(yīng)跳線通過短路帽接通，則下次通電后就由掉電保護(hù)電路對EPF10K10自動進(jìn)行下載。用該編程電路可以開展數(shù)字電路編程方面的課題研究。

1.1.37128/7160編程電路與EPM7128/7160

編程電路相連的輸入部分電路有：單次脈沖產(chǎn)生電路、連續(xù)脈沖產(chǎn)生電路、電平發(fā)生電路、A/D轉(zhuǎn)換電路；輸出部分電路有：靜態(tài)顯示、動態(tài)掃描顯示、電平檢測電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、繼電器、蜂鳴器等。用該編程電路可以開展數(shù)字電路編程方面的課題研究。

1.1.4單片機(jī)編程電路

輸入端與EPF10K10器件相連，輸出端與LCD相連[3]。本電路還留出端口以便跳線實(shí)現(xiàn)該編程電路與其它電路相連。用該編程電路可以開展單片機(jī)控制應(yīng)用方面的課題研究。

1.2主要接口電路

1.2.1溫度傳感電路

用AD590作為溫度傳感器件，測量溫度范圍為0-150度，RW調(diào)零，RF調(diào)滿度。靈敏度10mv/度[4]。溫度信號可以接到（通過跳線）ispPAC10編程電路的IN1+、IN1-輸入端連接。

1.2.2下載板電路

下載板電路主要有模擬下載板電路、數(shù)字下載板電路、單片機(jī)下載板電路等。通過模擬下載板電路可對ispPAC10、20、80模擬編程器件進(jìn)行下載編程；通過數(shù)字下載板電路可對EPC2LC20、EPF10K10、EPM7128/7160數(shù)字編程器件進(jìn)行下載編程；通過單片機(jī)下載板電路可對AT89S51/52/53系列單片機(jī)進(jìn)行下載編程。1.2.3D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換將來至可編程邏輯器件（CPLD）的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出（Vo1），再經(jīng)低通濾波后的輸出（Vo2）。A/D轉(zhuǎn)換將來至ispPAC10、20的模擬量（通過跳線）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后提供給CPLD。A/D轉(zhuǎn)換可通過跳線外接單次負(fù)脈沖。

1.3輔助電路

1.3.1電平、脈沖發(fā)生電路

電平脈沖發(fā)生電路主要包括電平發(fā)生電路、單次脈沖發(fā)生電路、HEX發(fā)生電路、2分頻和10分頻脈沖電路、555頻率可調(diào)電路等[5]。電平發(fā)生電路為數(shù)字編程器件（FPGA/CPLD）提供高低電平信號，產(chǎn)生的電平信號通過切換分別送到FPGA/CPLD器件；單次脈沖發(fā)生電路為數(shù)字編程器件（FPGA/CPLD）提供單次脈沖信號，產(chǎn)生的單次脈沖信號通過切換分別送到FPGA/CPLD器件，按一次對應(yīng)操作按鈕，發(fā)出1個(gè)正脈沖和負(fù)脈沖；HEX發(fā)生電路為數(shù)字編程器件（FPGA）提供4位2進(jìn)制電平信號，每按1次按鈕輸出加1；2分頻和10分頻脈沖電路為數(shù)字編程器件（FPGA/CPLD）提供2分頻脈沖信號和10分頻脈沖信號，它們都可以通過電路板上的跳線選擇不同的頻率。555頻率可調(diào)電路為數(shù)字編程器件（FPGA/CPLD）提供頻率可調(diào)脈沖信號。低頻為0.5Hz-10幾Hz，高頻為幾十Hz-幾百KHz，調(diào)節(jié)對應(yīng)的電位器可調(diào)脈沖頻率和脈沖寬度。

1.3.2電平檢測電路

電平檢測電路的主要功能是檢測數(shù)字編程器件（FPGA/CPLD）的輸出是高電平還是低電平相應(yīng)的發(fā)光二極管（LED）亮否表示檢測到的是電平的高低。

1.3.3供電電路及指示電路

供電電路主要采用能提供3A電流的開關(guān)電源，為各部分電路工作提供直流穩(wěn)壓電源。指示電路主要由繼電器和蜂鳴器等。繼電器接收來至CPLD器件的輸出電平信號，用高低電平實(shí)現(xiàn)繼電器的吸合與釋放。蜂鳴器接收來至CPLD器件的輸出脈沖信號，用于指示電路的工作狀態(tài)。•37•1.4輸出顯示電路LED顯示電路主要使用4個(gè)EPROM2732A存儲器存儲文字、波形曲線或數(shù)碼信息，這些信息必須事先通過編程器編程到存儲器里，然后通過來至FPGA器件的地址掃描將信息取出來再通過反相驅(qū)動放大送到LED點(diǎn)陣顯示。由于1個(gè)EPROM2732A存儲器有12個(gè)地址，3個(gè)地址掃描，9個(gè)地址翻頁，因此可以顯示512頁。本系統(tǒng)用了4個(gè)存儲器，如果采用4-16譯碼掃描，則用2個(gè)，顯示頁碼為上述一半。靜態(tài)顯示部分可顯示4位，用左邊2位數(shù)碼管顯示CPLD器件的輸出結(jié)果，右邊2位數(shù)碼管外用，為節(jié)省I/0資源，外接譯碼器。動態(tài)掃描顯示部分可顯示8位，顯示來至CPLD器件的輸出結(jié)果，采用動態(tài)掃描顯示是為節(jié)省I/0資源。LCD顯示是用1602A液晶顯示器顯示來至單片機(jī)的輸出結(jié)果，可以顯示數(shù)字、數(shù)碼和簡單的漢字。

2相關(guān)功能電路設(shè)計(jì)

2.1HEX發(fā)生電路

為數(shù)字編程器件（FPGA）提供4位2進(jìn)制電平信號，每按1次按鈕輸出加1。C0N3為按鈕，按鈕沒有按，1－2相連，按鈕按下，2－3相連，按鈕觸發(fā)一次，3端輸出一個(gè)負(fù)脈沖，該負(fù)脈沖送至計(jì)數(shù)器74LS161的時(shí)鐘端，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，則每按一次按鈕輸出1個(gè)加1的4位二進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0，與非門用74LS00組成觸發(fā)器,起消抖作用[6]。圖2為HEX發(fā)生電路。

2.2LED點(diǎn)陣放大電路

接收來至FPGA的列掃描信息A2A1A0（為節(jié)省I/0資源，外接3-8譯碼器和反相器）和信息存儲區(qū)EPROM2732A的行數(shù)據(jù)信息，顯示文字、波形曲線或數(shù)碼，可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)顯示效果。用4個(gè)SD411288點(diǎn)陣（采用列掃描）組成1個(gè)16*16點(diǎn)陣。既可顯示4個(gè)8*8單元的信息，又可顯示1個(gè)完整的16*16單元的信息。編碼時(shí)，列：為地址，從左到右地址增大（如：第1頁為0-7、第2頁為8-F、第3頁為10-17、第4頁為18-1F、依次類推）；行：為存儲器輸出的數(shù)據(jù)（需反相編碼），最上行為最高位，最下行為最低位，數(shù)據(jù)以2位16進(jìn)制形式出現(xiàn)。無論是列掃描信號還是行數(shù)據(jù)信號都必須經(jīng)過放大驅(qū)動（同時(shí)還反相）后才能加到點(diǎn)陣上[7]。圖3為LED點(diǎn)陣放大電路。

2.3FPGA掉電保護(hù)電路

由于EPF10K10屬于FPGA類器件，掉電后編程進(jìn)去的信息會丟失，因此為使用方便，本電路模塊配備了掉電保護(hù)電路。使用時(shí)，先通過BC5-EPC編程口對EPC2LC20進(jìn)行編程，然后將K1-K5通過短路帽接通，則下次通電后就由掉電保護(hù)電路對EPF10K10自動進(jìn)行下載[8]。

3應(yīng)用前景

本系統(tǒng)適用于電信、通信、電氣、自動化、測控、電子儀器和數(shù)字信號處理等各類專業(yè)。使用該系統(tǒng)外圍一般僅需配萬用表、示波器和計(jì)算機(jī)即可組成一個(gè)完整獨(dú)立的研究系統(tǒng)。在本開發(fā)系統(tǒng)上可進(jìn)行模擬電子技術(shù)編程、數(shù)字電子技術(shù)、數(shù)字編程實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號分析處理、自動控制系統(tǒng)、各類濾波電路設(shè)計(jì)，文字、曲線顯示等各類實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)的研制成功并投入使用，為電子類學(xué)生搭建了綜合實(shí)訓(xùn)平臺，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，通過多種模式的綜合訓(xùn)練和實(shí)踐，能夠切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐動手能力。

本文作者:周俊工作單位:揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處