CN2621318Y - 嵌入式***教学仪器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种嵌入式***教学仪器，包括PC机和嵌入式***教学仪器，所述教学仪器由壳体、显示器、操作键盘，以及设在壳体侧面板上的电源插座、串口、USB口、JIAG调试口、网口、电源开关、复位开关，以及安装在壳体内的电路板组成，教学仪器上的串口、USB口、JIAG调试口、网口分别对应连接到PC机的接口上；其中，电路板的电路硬件结构采用基于ARM架构的32位嵌入式微处理器为内核，***扩展了大容量内存以及键盘接口电路、液晶屏接口电路、RS232接口电路、USB接口电路，软件结构采用基于μC/OS－II的实时操作***。通过该教学仪器能够有效提高高校学生对嵌入式***这门课程的掌握及其应用，该仪器结构简单，易操作。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于计算机软件***用教学设备，具体地说是指一种嵌入式***教学仪器。
背景技术
嵌入式***课程的体系结构大致分为：实时嵌入式***导论、嵌入式***设计和嵌入式***工程训练三门课程。课程目标是学***台。现有的嵌入式***教学，由于所涉及的基本理论比较复杂，学生很难入手，很难在其基础上开发出自己的应用程序；再者，一些嵌入式操作***和相应的软件开发环境价格比较昂贵，因此限制了嵌入式***的推广与发展。嵌入式技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域涉及工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理***、POS网络及电子商务、环境监测、机器人等。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种嵌入式***的教学仪器，通过该教学仪器能够有效提高高校学生对嵌入式***这门课程的掌握及其应用。本实用新型采用了一种公开源代码的实时多任务内核μC/OS-II，在μC/OS-II技术上扩展了文件管理***、图形用户接口和同仪器底层硬件的驱动程序，具有较高集成度和性价比的，结构简单，易操作。
本实用新型的嵌入式***教学仪器，包括PC机和嵌入式***教学仪器，所述教学仪器由壳体，以及设在壳体正面板上的显示器、操作键盘，以及设在壳体侧面板上的电源插座、串口、USB口、JIAG调试口、网口、电源开关、复位开关，以及安装在壳体内的电路板组成，教学仪器上的串口、USB口、JIAG调试口、网口分别对应连接到PC机的接口上；其中，电路板的电路硬件结构采用基于ARM架构的32位嵌入式微处理器为内核，***扩展了大容量内存8M SDRAM以及键盘接口电路、液晶屏接口电路、RS232接口电路、USB接口电路，软件结构采用基于μC/OS-II的实时操作***。
所述的教学仪器，其ARM微处理器选用32位的S3C44B0X芯片，共有160个端子，芯片U3的1-4、137、140-151、153-160端是CPU的地址总线，分别对应连接到U6、U7、U8、U9、U13的地址端上，119-136端是CPU的数据总线，分别对应连接到U6、U7、U8、U9、U13的数据输入端上，91-94端是控制信号对应连接显示器接口J16的6-9端，95-98、111-114端是数据信号对应连接显示器接口J16的14-11、15-18端，99、100、103、104端对应连接U2的12、11、9、10端，42-46端经JTAG电路处理后连接到14针接口J1的3、9、7、5、11端，15、16、24、33端对应连接到U302的29、30、34、4端，分别作为网卡的读写信号、片选信号和中断信号，7、8端对应连接到U13的8M SDRAM芯片的控制信号18、17端，9、47、67端连接3.3V电源，17端对应连接到U6、U7的22片选端，19端对应连接到U9的1片选端，21、34、62、109、138端是芯片电源，连接2.5V电源，25、27、28端对应连接到U13的8M SDRAM芯片的19、37、38端，30、31端对应连接DMA的控制信号端，50端接复位芯片U4的RESET端，51端通过10K电阻接电源VDD33，52-54端通过串联晶振模式选择电路的10K电阻接地，64、65端连接外部晶振电路，66端对应连接外部时钟接口，69-72、115-118端对应连接16键键盘接口J2的5-8、4-1端，10、22、35、48、55、63、73、74、90、110、139端接地，其余端子可设为预留接口端子或者悬空。所述的ARM微处理器是低功耗的32位核，具有丰富的接口资源，扩展了一系列完整的通用***器件(USB接口，RS-232接口，JTAG调试口，以及网口，以及键盘接口和LCD接口)，使***费用降至最低，消除了增加附加配置的需要；另外，ARM微处理器扩展了大量的内存和16M硬盘存储空间，加快了CPU处理任务的速度，有利于***的实时控制。
所述的教学仪器，其LCD接口电路包括26针液晶信号接口电路J4、总线开关电路J2、J3、上拉排阻电路J6、J7、18针液晶接口电路J1组成，J4的输入端对应连接CPU的LCD接口，所有的信号都是3.3V，经J2、J3电路后，输出信号通过上拉排阻电路J6、J7，将高逻辑电平提升到5V，通过J1连接液晶屏；其J2的1、3、5、9、11、13端对应连接J4的11、12、13、14、15、16端，J2的2、4、6、8、10、12端对应连接J6的2、3、4、5、6、7端，J3的1、3、5、9、11、13端对应连接J4的17、18、6、8、9、20端，J3的2、4端对应连接J6的8、9端，J3的6、8、10、12端对应连接J7的4、5、6、7端，J1的5-12端对应连接J6的9-2端，J1的13、14、15、16端对应连接J7的4、5、6、7端。
本实用新型的优点是：采用了具有高速性能和丰富接口资源的32位ARM微处理器，具有集成度高，电路结构简单的特点，同时在源码公开的实时操作***内核μC/OS-II基础上，建立了一个适合嵌入式***教学的实时操作***，降低了成本。本***还具有内核小、实时性强、稳定可靠等突出优点。该教学仪器结构简单，易操作，能够有效提高高校学生对嵌入式***这门课程的掌握及其应用，引导学生快速准确地掌握嵌入式***，降低了学***台上开发不同的应用程序并将其应用到不同的领域，对于普及嵌入式技术的应用提供了操作平台。
附图说明
图1是本实用新型教学仪器的主视图。
图2是本实用新型内部电路板结构框图以及同PC机连接关系图。
图3是本实用新型功能结构框图。
图4是本实用新型处理器电路原理图。
图5是本实用新型外部接口电路原理图。
图6是本实用新型显示器电路原理图。
图7是本实用新型网卡电路原理图。
图中：1.壳体 2.显示器 3.键盘 4.电路板 5.PC机
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型是一种嵌入式***教学仪器，由PC机5和教学仪器组成，教学仪器的USB口同PC机的USB口通过电缆相连，实现两者间的数据上传和下载，将PC机的程序通过USB接口下载到教学仪器的***中，实现教学仪器的应用程序的开发。教学仪器的两个串口之一通过RS232接口同PC机相连，实现教学仪器和PC机之间的通讯，PC机接收教学仪器的键盘输入的信息，同时教学仪器接收PC机的信息，并将信息实时的显示在液晶屏上，教学仪器的另一个串口用于扩展功能。教学仪器的JIAG调试口通过JTAG电缆同PC机的并口相连，实现软件程序调试和对由该教学仪器控制的下位机进行调试处理。教学仪器的网口通过TCP/IP协议同PC机的网口相连，实现多台PC机与教学仪器的通信。教学仪器扩展了大量的内外存储器，1M线性FLASH、8MSDRAM、16M非线性FLASH，实现了快速存储以及处理速度快的功能，因此能够在其基础上开发不同的应用程序。
在教学中，首先连接相应的接口；然后，.打开PC机，打开教学仪器电源开关，液晶屏上显示μC/OS-II操作***启动的过程及***初始化的过程；再，根据教学内容进行引导学习嵌入式***，具体过程为：学生在PC机的开发环境中开发出应用程序，通过USB口将程序下载到教学仪器的***中，然后在PC机上应用JTAG调试软件实时调试程序，并将调试结果通过JTAG调试口实时的显示在教学仪器的液晶屏上，调试通过后就开发出了一个完整的应用程序。
可以根据设计的壳体大小来确定显示器的大小，可选择的多种LCD模式，包括256色彩色LCD(320×240分辨率)、单色LCD(320×240分辨率)、灰度(320×240分辨率)等，总线开关芯片采用型号为74HC07的芯片，对于背光的逆变器，采用TDK的配套产品，采用5V电源可以产生1000伏左右的交流信号。
本实用新型的PC机要求操作***WIN98/2000/XP，PC机Pentumn100以上。ARM微处理器采用SDT2.51集成开发环境，Source Insight 3.0，仿真器驱动程序。USB口用于给设备供电，下载程序。串口用于同PC机进行通信交换信息。
本实用新型的嵌入式***教学仪器，结构简单，易操作，能够有效提高高校学生对嵌入式***这门课程的掌握及其应用，引导学生快速准确地掌握嵌入式***，降低了学***台上开发不同的应用程序并将其应用到不同的领域，对于普及嵌入式技术的应用提供了操作平台。
Claims (5)
1、一种嵌入式***教学仪器，包括PC机，其特征在于：还包括有嵌入式***教学仪器，所述教学仪器由壳体，以及设在壳体正面板上的显示器、操作键盘，以及设在壳体侧面板上的电源插座、串口、USB口、JIAG调试口、网口、电源开关、复位开关，以及安装在壳体内的电路板组成，教学仪器上的串口、USB口、JIAG调试口、网口分别对应连接到PC机的接口上；其中，电路板的电路硬件结构采用基于ARM架构的32位嵌入式微处理器为内核，***扩展了大容量内存以及键盘接口电路、液晶屏接口电路、RS232接口电路、USB接口电路，软件结构采用基于μC/OS-II的实时操作***。
2、根据权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：教学仪器软件结构采用了一种公开源代码的实时多任务内核μC/OS-II，在μC/OS-II的上层扩展了文件管理***、图形用户接口和教学仪器底层硬件的驱动程序，建立了一个适合嵌入式***教学仪器使用的实时操作***，为初学者提供了一种开放的操作***平台和用户程序接口。
3、根据权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：ARM微处理器选用32位的如型号为S3C44B0X芯片，共有160个端子，芯片U3的1-4、137、140-151、153-160端是CPU的地址总线，分别对应连接到U6、U7、U8、U9、U13的地址端上，119-136端是CPU的数据总线，分别对应连接到U6、U7、U8、U9、U13的数据输入端上，91-94端是控制信号对应连接显示器接口J16的6-9端，95-98、111-114端是数据信号对应连接显示器接口J16的14-11、15-18端，99、100、103、104端对应连接U2的12、11、9、10端，42-46端经JTAG电路处理后连接到14针接口J1的3、9、7、5、11端，15、16、24、33端对应连接到U302的29、30、34、4端，分别作为网卡的读写信号、片选信号和中断信号，7、8端对应连接到U13的8M SDRAM芯片的控制信号18、17端，9、47、67端连接3.3V电源，17端对应连接到U6、U7的22片选端，19端对应连接到U9的1片选端，21、34、62、109、138端是芯片电源，连接2.5V电源，25、27、28端对应连接到U13的8M SDRAM芯片的19、37、38端，30、31端对应连接DMA的控制信号端，50端接复位芯片U4的RESET端，51端通过10K电阻接电源VDD33，52-54端通过串联晶振模式选择电路的10K电阻接地，64、65端连接外部晶振电路，66端对应连接外部时钟接口，69-72、115-118端对应连接16键键盘接口J2的5-8、4-1端，10、22、35、48、55、63、73、74、90、110、139端接地，其余端子可设为预留接口端子或者悬空。
4、根据权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：LCD接口电路包括26针液晶信号接口电路J4、总线开关电路J2、J3、上拉排阻电路J6、J7、18针液晶接口电路J1组成，J4的输入端对应连接CPU的LCD接口，所有的信号都是3.3V，经J2、J3电路后，输出信号通过上拉排阻电路J6、J7，将高逻辑电平提升到5V，通过J1连接液晶屏；其J2的1、3、5、9、11、13端对应连接J4的11、12、13、14、15、16端，J2的2、4、6、8、10、12端对应连接J6的2、3、4、5、6、7端，J3的1、3、5、9、11、13端对应连接J4的17、18、6、8、9、20端，J3的2、4端对应连接J6的8、9端，J3的6、8、10、12端对应连接J7的4、5、6、7端，J1的5-12端对应连接J6的9-2端，J1的13、14、15、16端对应连接J7的4、5、6、7端。
5、根据权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：可选择的多种LCD模式，包括256色彩色LCD(320×240分辨率)、单色LCD(320×240分辨率)、灰度(320×240分辨率)等，总线开关芯片采用型号为74HC07的芯片，对于背光的逆变器，采用TDK的配套产品，采用5V电源可以产生1000伏左右的交流信号。
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| CN102254469A (zh) * | 2010-05-17 | 2011-11-23 | 中国海洋大学 | 基于嵌入式开发平台的实验装置 |
| CN102355391A (zh) * | 2011-08-18 | 2012-02-15 | 广东工业大学 | 一种家庭安防*** |
| CN102779441A (zh) * | 2011-05-13 | 2012-11-14 | 苏州卫生职业技术学院 | 一种基于cpld的数字电路实验开发平台 |
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2003
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