电子实践教学的开发与应用

导语：电子实践教学的开发与应用一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

1总体方案设计

电子实践教学研究开发系统是根据电工电子实践教学的需要，通过多方调研，听取了我国多所大学教育专家和实验室建设专家意见，结合人才培养的实际需求而研制成功的实践教学研究开发系统。该系统科技含量高，实用性强、应用面广，整合了电子实践课程需求的主要电路模块，综合有模拟（ispPAC10、20、80）在系统可编程技术、数字（FPGA和CPLD）在系统可编程技术、单片机在系统可编程技术，可直接将大规模集成编程芯片应用于设计过程中；有电平发生电路、HEX发生电路、单次脉冲发生电路、方阵键盘信号产生电路等各种辅助电路；有译码显示电路、动态扫描电路、LED点阵显示电路、LCD显示电路；还有信息存储电路、掉电保护电路、继电器和蜂鸣器电路、VGA—PS/2—RS232口等输入输出电路。本系统的所有电路集成在一块电路板上，便于携带，使用灵活方便，对模拟、数字和单片机编程芯片通过计算机并行口现场编程即可使用。为现代大学生实验、综合设计、创新设计、毕业设计和研究开发提供了一个崭新的平台，也为教师从事各类课题的研究提供了友好的平台。

1.1编程电路

1.1.1ispPAC编程电路

ispPAC系列采用跨导运算技术，以模拟电流作为主要信号参量，以跨导运算放大器（OTA）取代电压运算放大器，以基于OTA的有源元件取代部分无源元件。该类器件利用数/模转换器（DAC）按照配置数据改变OTA的偏置电流,从而改变其互导增益gm和电压放大器增益Au。由于在集成电路（IC）中易于改变且调整范围较大,控制精确较高，因此该类器件的参数变化范围和分辨率均可显著提高[2]。到目前为止，Lattice半导体公司已推出的在系统可编程模拟器主要有：ispPAC10、ispPAC20、ispPAC30和ispPAC80/81。ispPAC10编程电路内部资源有可程控的放大器，可设计各类（整数、分数和小数）放大器、加减法运算电路、滤波器、压控振荡器等，输入端外接信号或通过跳线接传感器的信号，输出端与A/D转换电路相连（通过跳线）；ispPAC20编程电路内部资源有可程控的放大器、低通滤波器、模拟量比较器、DAC等，通过跳线，模拟输入端外接信号（或来至温度传感器的信号），数字输入端可与A/D转换电路或电平发生电路相连，输出端也可与A/D转换电路相连，利用此电路可以实现欠压、过压报警；温度和压力等非电量的测量和控制等课题研究；ispPAC80编程电路内部资源有各类滤波器，可以用来设计各类滤波器。通过跳线实现和其它电路的连接。

1.1.2EPF10K10编程电路

由于EPF10K10属于FPGA类器件，掉电后编程进去的信息会丢失，因此为使用方便和数据安全，本电路模块配备了掉电保护电路。使用时，先通过编程口对EPC2LC20进行编程，然后将对应跳线通过短路帽接通，则下次通电后就由掉电保护电路对EPF10K10自动进行下载。用该编程电路可以开展数字电路编程方面的课题研究。

1.1.37128/7160编程电路与EPM7128/7160

编程电路相连的输入部分电路有：单次脉冲产生电路、连续脉冲产生电路、电平发生电路、A/D转换电路；输出部分电路有：静态显示、动态扫描显示、电平检测电路、D/A转换电路、继电器、蜂鸣器等。用该编程电路可以开展数字电路编程方面的课题研究。

1.1.4单片机编程电路

输入端与EPF10K10器件相连，输出端与LCD相连[3]。本电路还留出端口以便跳线实现该编程电路与其它电路相连。用该编程电路可以开展单片机控制应用方面的课题研究。

1.2主要接口电路

1.2.1温度传感电路

用AD590作为温度传感器件，测量温度范围为0-150度，RW调零，RF调满度。灵敏度10mv/度[4]。温度信号可以接到（通过跳线）ispPAC10编程电路的IN1+、IN1-输入端连接。

1.2.2下载板电路

下载板电路主要有模拟下载板电路、数字下载板电路、单片机下载板电路等。通过模拟下载板电路可对ispPAC10、20、80模拟编程器件进行下载编程；通过数字下载板电路可对EPC2LC20、EPF10K10、EPM7128/7160数字编程器件进行下载编程；通过单片机下载板电路可对AT89S51/52/53系列单片机进行下载编程。1.2.3D/A转换、A/D转换D/A转换将来至可编程逻辑器件（CPLD）的数字量转换为模拟量输出（Vo1），再经低通滤波后的输出（Vo2）。A/D转换将来至ispPAC10、20的模拟量（通过跳线）转换为数字量后提供给CPLD。A/D转换可通过跳线外接单次负脉冲。

1.3辅助电路

1.3.1电平、脉冲发生电路

电平脉冲发生电路主要包括电平发生电路、单次脉冲发生电路、HEX发生电路、2分频和10分频脉冲电路、555频率可调电路等[5]。电平发生电路为数字编程器件（FPGA/CPLD）提供高低电平信号，产生的电平信号通过切换分别送到FPGA/CPLD器件；单次脉冲发生电路为数字编程器件（FPGA/CPLD）提供单次脉冲信号，产生的单次脉冲信号通过切换分别送到FPGA/CPLD器件，按一次对应操作按钮，发出1个正脉冲和负脉冲；HEX发生电路为数字编程器件（FPGA）提供4位2进制电平信号，每按1次按钮输出加1；2分频和10分频脉冲电路为数字编程器件（FPGA/CPLD）提供2分频脉冲信号和10分频脉冲信号，它们都可以通过电路板上的跳线选择不同的频率。555频率可调电路为数字编程器件（FPGA/CPLD）提供频率可调脉冲信号。低频为0.5Hz-10几Hz，高频为几十Hz-几百KHz，调节对应的电位器可调脉冲频率和脉冲宽度。

1.3.2电平检测电路

电平检测电路的主要功能是检测数字编程器件（FPGA/CPLD）的输出是高电平还是低电平相应的发光二极管（LED）亮否表示检测到的是电平的高低。

1.3.3供电电路及指示电路

供电电路主要采用能提供3A电流的开关电源，为各部分电路工作提供直流稳压电源。指示电路主要由继电器和蜂鸣器等。继电器接收来至CPLD器件的输出电平信号，用高低电平实现继电器的吸合与释放。蜂鸣器接收来至CPLD器件的输出脉冲信号，用于指示电路的工作状态。•37•1.4输出显示电路LED显示电路主要使用4个EPROM2732A存储器存储文字、波形曲线或数码信息，这些信息必须事先通过编程器编程到存储器里，然后通过来至FPGA器件的地址扫描将信息取出来再通过反相驱动放大送到LED点阵显示。由于1个EPROM2732A存储器有12个地址，3个地址扫描，9个地址翻页，因此可以显示512页。本系统用了4个存储器，如果采用4-16译码扫描，则用2个，显示页码为上述一半。静态显示部分可显示4位，用左边2位数码管显示CPLD器件的输出结果，右边2位数码管外用，为节省I/0资源，外接译码器。动态扫描显示部分可显示8位，显示来至CPLD器件的输出结果，采用动态扫描显示是为节省I/0资源。LCD显示是用1602A液晶显示器显示来至单片机的输出结果，可以显示数字、数码和简单的汉字。

2相关功能电路设计

2.1HEX发生电路

为数字编程器件（FPGA）提供4位2进制电平信号，每按1次按钮输出加1。C0N3为按钮，按钮没有按，1－2相连，按钮按下，2－3相连，按钮触发一次，3端输出一个负脉冲，该负脉冲送至计数器74LS161的时钟端，使计数器计数，则每按一次按钮输出1个加1的4位二进制数Q3Q2Q1Q0，与非门用74LS00组成触发器,起消抖作用[6]。图2为HEX发生电路。

2.2LED点阵放大电路

接收来至FPGA的列扫描信息A2A1A0（为节省I/0资源，外接3-8译码器和反相器）和信息存储区EPROM2732A的行数据信息，显示文字、波形曲线或数码，可实现静态和动态显示效果。用4个SD411288点阵（采用列扫描）组成1个16*16点阵。既可显示4个8*8单元的信息，又可显示1个完整的16*16单元的信息。编码时，列：为地址，从左到右地址增大（如：第1页为0-7、第2页为8-F、第3页为10-17、第4页为18-1F、依次类推）；行：为存储器输出的数据（需反相编码），最上行为最高位，最下行为最低位，数据以2位16进制形式出现。无论是列扫描信号还是行数据信号都必须经过放大驱动（同时还反相）后才能加到点阵上[7]。图3为LED点阵放大电路。

2.3FPGA掉电保护电路

由于EPF10K10属于FPGA类器件，掉电后编程进去的信息会丢失，因此为使用方便，本电路模块配备了掉电保护电路。使用时，先通过BC5-EPC编程口对EPC2LC20进行编程，然后将K1-K5通过短路帽接通，则下次通电后就由掉电保护电路对EPF10K10自动进行下载[8]。

3应用前景

本系统适用于电信、通信、电气、自动化、测控、电子仪器和数字信号处理等各类专业。使用该系统外围一般仅需配万用表、示波器和计算机即可组成一个完整独立的研究系统。在本开发系统上可进行模拟电子技术编程、数字电子技术、数字编程实验，数据采集与数字信号分析处理、自动控制系统、各类滤波电路设计，文字、曲线显示等各类实验。该系统的研制成功并投入使用，为电子类学生搭建了综合实训平台，激发学生创新思维，通过多种模式的综合训练和实践，能够切实提高学生实践动手能力。

本文作者:周俊工作单位:扬州大学实验室与设备管理处