專利名稱：一種強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嵌入式實驗開發(fā)設(shè)備，特別涉及一種具有強(qiáng)擴(kuò)展性、支持多種單片機(jī)和ARM處理器的多功能嵌入式實驗開發(fā)板。用于嵌入式實驗、教學(xué)、研究、產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)板只支持同一類型單片機(jī)或ARM處理器，而且板載資源固定不變。這種實驗開發(fā)板存在下述明顯的缺點
1、只能使用指定的處理器，開發(fā)板無法升級；
2、開發(fā)板資源固定，擴(kuò)展性受到極大的限制；
3、僅含有簡單的功能，無法滿足嵌入式的高級應(yīng)用；
4、由于處理器及資源固定，適用范圍較小；
5、沒有集成下載電路，需要購買專門的下載器；
6、下載程序、串行通信需要用標(biāo)準(zhǔn)9針RS232串口，給開發(fā)人員，特別是筆記本電腦用戶帶來很大的不便(目前很多電腦尤其筆記本電腦都不帶標(biāo)準(zhǔn)9針RS232串口)；
7、傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程單調(diào)枯燥，缺少趣味性和娛樂性；
8、只能用于簡單的實驗開發(fā)，實用性較差；
9、不具備以太網(wǎng)、無線通信等能力，使得開發(fā)過程僅僅局限于單機(jī)功能上；
10、僅局限于對板上硬件的控制，把重點放在了硬件上，缺少數(shù)字信號處理、上位機(jī)通信、圖像處理、文件系統(tǒng)等軟件方向的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)板的缺點和不足，設(shè)計一種支持多種單片機(jī)和ARM處理器的嵌入開發(fā)板，并充分利用各種接口來最大限度地擴(kuò)展開發(fā)板的功能。將嵌入式處理器技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、液晶觸摸屏技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、無線通信技術(shù)、上位機(jī)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、音頻解碼技術(shù)、TCP/IP和網(wǎng)絡(luò)編程等技術(shù)融入到同一塊嵌入式開發(fā)板中，使得嵌入式開發(fā)板具有支持多處理器、擴(kuò)展能力強(qiáng)、功能豐富、 使用方便、適用范圍廣、知識面綜合、娛樂趣味性強(qiáng)、升級方便、實用性強(qiáng)等優(yōu)點，同時可根據(jù)用戶需要，利用擴(kuò)展接口自行增加或裁減功能。該發(fā)明能夠適用于廣大師生、研究工作者或其他嵌入式愛好者的教學(xué)、研究或產(chǎn)品開發(fā)之中。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其硬件組成分為四部分(1)系統(tǒng)電源，包括USB 5V供電接口、外部電源5V供電接口、500mA USB自恢復(fù)保險絲、3. 3V集成穩(wěn)壓器AMSl 117-3. 3、電源自鎖開關(guān)、電源指示燈；(2)處理器最小系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)8位51單片機(jī)最小系統(tǒng)、8位RISC 指令的AVR單片機(jī)最小系統(tǒng)，32位ARM處理器STM32最小系統(tǒng)；(3)板載基礎(chǔ)資源，包括8 位發(fā)光二極管、74HC595串行移位寄存器、4位8段共陰數(shù)碼管、無源蜂鳴器、4X4矩陣鍵盤、
3獨立中斷按鍵、MAX232串口電路、LM35或DS18B20溫度傳感器、PS2鍵盤鼠標(biāo)接口、紅外接收電路、EEPROM存儲器、DS1302實時時鐘、PWM/DA轉(zhuǎn)換、ADC采樣電路、USB接口、PL2303 USB 轉(zhuǎn)串口、1602點陣液晶模塊接口、1觀64點陣液晶模塊接口 ；(4)擴(kuò)展功能模塊，包括SD/MMC 卡接口電路、TFT彩色液晶觸摸屏、VS1003音頻模塊、NRF24L01無線通信模塊、EN(^8J60網(wǎng)絡(luò)模塊。所述處理器最小系統(tǒng)可以自行更換，本發(fā)明提供51單片機(jī)、AVR單片機(jī)、ARM處理器STM32三種處理器最小系統(tǒng)，實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要選擇最小系統(tǒng)，還可以自行設(shè)計其他處理器的最小系統(tǒng)。所述擴(kuò)展功能模塊可以自行更換，本發(fā)明提供SD/MMC卡接口、TFT彩色液晶觸摸屏、VS1003音頻模塊、NRF24L01無線通信模塊、ENC28J60網(wǎng)絡(luò)模塊，共5種擴(kuò)展模塊，但實際應(yīng)用并不限于使用這幾種擴(kuò)展模塊，用戶還可根據(jù)需要增加更多的功能模塊。所述TFT彩色液晶觸摸屏像素為M0X320，尺寸可選擇2. 4寸、2. 8寸或3. 2寸，并可選擇不同的驅(qū)動ic。彩屏模塊上帶有串行FlASH存儲器，可用于保存液晶字庫文件或其他信息。另外還帶有一個觸摸板和一個觸摸屏控制器。本發(fā)明的作用原理如下使用USB接口或者外部電源為開發(fā)板提供5V電源，再通過AMS1117 - 3. 3穩(wěn)壓器得到一個3. 3V的電源，根據(jù)不同的處理器，可以用跳線選擇電源， 普通型51單片機(jī)和普通型AVR單片機(jī)使用5V供電，低耗型51單片機(jī)、低功耗型AVR單片機(jī)和ARM處理器使用3. 3V供電；500mA自恢復(fù)保險絲用于檢測流過USB的電流，當(dāng)大于500mA 時就斷開，起到保護(hù)作用，直到電流穩(wěn)定于500mA以下才自動恢復(fù)連通。開發(fā)板直接集成了 51單片機(jī)的最小系統(tǒng)，AVR和STM32的最小系統(tǒng)采用核心板的形式實現(xiàn)，并將其引腳重新排列成51單片機(jī)的形式，使得開發(fā)板能在同一位置使用不同的處理器，升級得以實現(xiàn)。開發(fā)板使用USB接口與電腦連接，板上集成USB轉(zhuǎn)串口芯片PL2303，該芯片連接到處理器的 USART異步串行通信口，這就使得電腦可以通過USB接口向處理器下載程序，并可實現(xiàn)電腦和開發(fā)板之間的串行通信。本發(fā)明為了擴(kuò)大開發(fā)板的適用范圍，以及增強(qiáng)靈活性和擴(kuò)展性，特別強(qiáng)調(diào)出基礎(chǔ)資源和擴(kuò)展資源。開發(fā)板上集成有LED、數(shù)碼管、矩陣鍵盤等較多常用的基礎(chǔ)資源，因此在不加入擴(kuò)展功能模塊的情況下，用戶可以按需利用板上的基礎(chǔ)資源來學(xué)習(xí)、研究和開發(fā)。對于嵌入式單片機(jī)的初學(xué)者、單片機(jī)課程教學(xué)、或者是相對較簡單的開發(fā)應(yīng)用，使用基礎(chǔ)資源是最合適的。而對于深入學(xué)習(xí)、研究、開發(fā)或者是針對特定功能需要深入應(yīng)用的用戶，可以按各自需要來擴(kuò)展各種的功能。例如要開發(fā)一個MP3播放器，可以擴(kuò)展音頻模塊、SD卡模塊、 TFT彩屏模塊；要搭建嵌入式Web服務(wù)器，可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)模塊；要進(jìn)行兩機(jī)之間的無線通信， 可擴(kuò)展NRF24L01無線通信模塊等等。本發(fā)明僅提供有限的擴(kuò)展模塊，用戶還可根據(jù)自己需要設(shè)計出功能模塊，實現(xiàn)按需擴(kuò)展。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點
1、處理器靈活更換，升級能力強(qiáng)，可使8位傳統(tǒng)型或增強(qiáng)型單片機(jī)，也可以方便地升級至32位ARM處理器。2、開發(fā)板資源不固定，可根據(jù)用戶需要進(jìn)行增加或裁減，使開發(fā)板的功能得到最大限度的擴(kuò)展。3、基礎(chǔ)資源簡單易學(xué)，配有詳細(xì)的教程文檔、視頻教程、應(yīng)用實例，初學(xué)者能夠快速高效地入門。4、特別配套開發(fā)板寫出多個項目文檔，引導(dǎo)用戶進(jìn)行項目開發(fā)，提高綜合應(yīng)用能力。5、不僅含有簡單易學(xué)的基礎(chǔ)資源，還可以按需擴(kuò)展其他的功能模塊，能夠滿足眾多較高級的嵌入式應(yīng)用。6、集成了下載電路，無需購買專門的下載器。7、使用USB接口下載程序和串行通信，無需用標(biāo)準(zhǔn)9針RS-232串口，方便開發(fā)人員，特別是筆記本電腦用戶使用。8、加入TFT彩屏、音頻模塊、SD卡等，可制作MP3播放器、電子相框、計算器、電子鐘、簡易游戲機(jī)等，使開發(fā)板成為一個有聲有色的系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)學(xué)習(xí)過程單調(diào)枯燥的缺點，增強(qiáng)了開發(fā)板的娛樂趣味性，同時用戶體驗和實用性也有較大的提高。9、通過擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)模塊或無線通信模塊，使開發(fā)板具備以太網(wǎng)、無線通信等能力，使得開發(fā)過程不單單局限于單機(jī)功能上。還可利用開發(fā)板制作嵌入式Web服務(wù)器、無線傳輸終端等產(chǎn)品模型，增加了開發(fā)板的實用價值。10、克服傳統(tǒng)開發(fā)板偏硬件控制、缺少軟件方向應(yīng)用的不足，增加了數(shù)字信號處理、上位機(jī)通信、圖像處理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等信號處理與軟件方向的應(yīng)用。軟硬件同步發(fā)展。11、由于處理器可更換或升級，而且板上資源可增加或裁減，特別強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)資源和擴(kuò)展資源，并融入嵌入式處理器技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、液晶觸摸屏技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、無線通信技術(shù)、上位機(jī)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、音頻解碼技術(shù)、TCP/IP和網(wǎng)絡(luò)編程等技術(shù)，使得適用范圍有效增大。



圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是系統(tǒng)電源原理圖。
圖3是51單片機(jī)最小系統(tǒng)連接原理圖。
圖4是AVR單片機(jī)最小系統(tǒng)連接原理圖。
圖5是ARM處理器STM32最小系統(tǒng)連接原理圖。
圖6是USB轉(zhuǎn)串口連接原理圖。
圖7是8位LED連接原理圖。
圖8是4位8段共陰數(shù)碼管連接原理圖。
圖9是無源蜂鳴器驅(qū)動電路連接原理圖。
圖10是矩陣鍵盤連接原理圖。
圖11是獨立中斷按鍵連接原理圖。
圖12是RS-232串口電平轉(zhuǎn)換連接原理圖。
圖13是電阻分壓ADC采樣連接原理圖。
圖14是PWM到DA轉(zhuǎn)換(低通濾波器)連接原理圖。
圖15是外部EERPOM連接原理圖。
圖16是DS1302實時時鐘連接原理圖。
圖17是PS2接口連接原理圖。圖18是溫度傳感器連接原理圖。圖19是紅外接收器連接原理圖。圖20是1602和12864點陣液晶連接原理圖。圖21是SD/MMC卡接口連接原理圖。圖22是TFT彩色液晶觸摸屏連接原理圖。圖23是VS1003音頻模塊連接原理圖。圖M是NRF24L01無線通信模塊連接原理圖。圖25是EN(^8J60網(wǎng)絡(luò)模塊連接原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施示例
參閱圖1，本發(fā)明在板體上設(shè)置有PS2接口(1)、系統(tǒng)電源(2)、8位發(fā)光二極管(3)、系統(tǒng)復(fù)位電路(4)、4位共陰數(shù)碼管(5)、74HC595串行移位寄存器(6)、無源蜂鳴器(7)、矩陣鍵盤(8)、TFT液晶觸摸屏擴(kuò)展接口(9)、12864點陣液晶屏接口( 10)、1602點陣液晶屏接口 (11)、電阻分壓AD采樣電路(12)、RS - 232串口電平轉(zhuǎn)換電路(13)、DR9標(biāo)準(zhǔn)RS — 232接口(14)、500mA USB自恢復(fù)保險絲(15)、USB接口( 16)、獨立中斷按鍵(17)、P麗到DA轉(zhuǎn)換 (低通濾波器)電路(18)、PL2303 USB轉(zhuǎn)串口電路(19)、溫度傳感器(20)、無線通信模塊擴(kuò)展接口(21)、紅外接收器(22)、DS1302實時時鐘電路(23)、外部EEPROM電路(24)、處理器最小系統(tǒng)(25)、通用擴(kuò)展接口(26)(可用于擴(kuò)展音頻模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊等)、時鐘振蕩電路(27)、 SD/MMC卡擴(kuò)展接口(28)。參閱圖2，系統(tǒng)電源可由USB接口或者外部直流電源接口(J2)提供5V電源；設(shè)有系統(tǒng)電源總開關(guān)(SW)、供電指示燈(DS1);使用AMS1117 — 3. 3穩(wěn)壓器(Ul)產(chǎn)生3. 3V電源， 為系統(tǒng)3. 3V的器件提供電源；USB電源經(jīng)過一個500mA自恢復(fù)保險絲(FUSE)再接入到系統(tǒng)電源，從而可以保護(hù)電腦的USB接口 ；另外分別引出了 5V (PI),3. 3V (P2)、GND (P3)接口，方便對外部器件供電或者調(diào)試使用；5V和3. 3V電源均設(shè)有高低頻濾波電容，使得電源系統(tǒng)更穩(wěn)定。參閱圖3，51單片機(jī)最小系統(tǒng)，含一個DIP40單片機(jī)插座(U6)，可用AT89S51、 AT89S52,STC89C51,STC89C52等傳統(tǒng)51單片機(jī)，也可用STC12C5A60S2等增強(qiáng)型51單片機(jī)， 由于可選擇5V或3. 3V供電，因此也可以使用STC12LE5A60S2等低功耗型51單片機(jī)；一個由電阻電容和按鍵組成的復(fù)位電路(R6、C11、RST1)；—個石英晶體時鐘振蕩電路(Yl、C10、 C12)；一個冷啟動開關(guān)(SW1)，用于STC單片機(jī)開載程序過程中的冷啟動；另外還設(shè)有單片機(jī)引出擴(kuò)展IO接口(P5、P6)，方便連接外部器件；兩組接口(P5、P6)的另一個重要作用是作為AVR核心板、STM32核心板或其他處理器核心板的連接接口，使得開發(fā)板能夠容易地更換或升級處理器。參閱圖4，AVR單片機(jī)最小系統(tǒng)，含一個DIP40單片機(jī)插座，可用ATMEGA16、 ATMEGA32,ATMEGA16L,ATMEGA32L等AVR系列單片機(jī)；一個由電阻電容和按鍵組成的復(fù)位電路(I^8、CM、RST2)組成的復(fù)位電路；一個石英晶體時鐘振蕩電路(丫1、(10、(12);兩組接口(P0RT1、P0RT2)用于與開發(fā)板連接，具體方法是，PORTl接口連接圖3的P5接口，P0RT2接口連接圖3的P6接口，使開發(fā)板成為AVR單片機(jī)開發(fā)板。參閱圖5，ARM處理器STM32最小系統(tǒng)，含有一個LQFP48封裝的處理器，可用 STM32F103C8T6或STM32F103CBT6等處理器；一個啟動電路(BOOT、R4、R5)；一個復(fù)位電路 (RST、R2)；兩個石英晶體時鐘振蕩電路，其中一個為8MHz時鐘，經(jīng)過9倍頻后作為處理器 72MHz系統(tǒng)時鐘，而另一個為32. 768KHz時鐘，為STM32內(nèi)部RTC提供時鐘源；一個備份電池電路(BAT1、DU D2)，為STM32內(nèi)部RTC和備份區(qū)提供電源，其中兩個1N4148 二極管Dl和 D2的作用是，當(dāng)不接入外部電源VCC3. 3時，由3V的BATl電池為RTC和備份區(qū)提供電源，而當(dāng)接入外部電源VCC3. 3時，由外部電源為RTC和備份區(qū)提供電源，從而節(jié)省BATl電池的電量；一個供電指示燈DSl和一個用戶LED DS2 ；兩組接口(PI、P2)用于與開發(fā)板連接，具體方法是，P1接口連接圖3的P5接口，P2接口連接圖3的P6接口，使開發(fā)板升級為ARM處理器STM32開發(fā)板。參閱圖6，PL2303 USB轉(zhuǎn)串口電路，它是電腦USB接口和開發(fā)板異步串行通信接口的橋梁。DM、DP為USB信號，連接到電腦的USB兩條數(shù)據(jù)總線上，電腦USB信號通過PL2303 (Ull)轉(zhuǎn)換成USART串口信號。利用該電路，可以直接用USB線為處理器下載程序，也可以進(jìn)行電腦和開發(fā)板之間的串行通信，同時USB 口也是供電接口，這樣就實現(xiàn)了一口多用的目的，使用起來輕松方便。另外設(shè)置了通信指示燈(DS2 )，用于指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)。參閱圖7，8位發(fā)光二極管電路，用于LED輸出指示。參閱圖8，數(shù)碼管驅(qū)動和顯示電路，包括一個4位8段數(shù)碼管，采用共陰極接法，4 個NPN型三極管S8550，每個三極管負(fù)責(zé)控制一位數(shù)碼管的選通，一個74HC595串行移位寄存器驅(qū)動電路，用于驅(qū)動數(shù)碼管的8段LED。數(shù)碼管可用靜態(tài)掃描或靜態(tài)掃描的方式來驅(qū)動。參閱圖9，蜂鳴器驅(qū)動電路，開發(fā)板使用無源蜂鳴器，需要用脈沖信號來驅(qū)動，三極管的基極通過電阻連接到單片機(jī)的PWM輸出端口(P1. 3)，利用PWM信號來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲， 通過改變PWM信號的頻率和占空比就可以聽到不同的聲音。參閱圖10，矩陣鍵盤電路，采用4X4矩陣接法，通過一組8位的IO 口來檢測按鍵的狀態(tài)。參閱圖11，獨立中斷按鍵，KEYl和KEY2的一端接地，另一端分別連接到單片機(jī)或 ARM的兩個中斷引腳，可作為普通的獨立按鍵使用，也可作為中斷按鍵使用。參閱圖12，RS-232串口電平轉(zhuǎn)換電路，用于標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，將標(biāo)準(zhǔn)RS-232的 12V電平轉(zhuǎn)換成5V電平，使得標(biāo)準(zhǔn)RS-232設(shè)備能和開發(fā)板進(jìn)行串行通信。如果電腦帶有 RS-232接口，也可以用該接口來為處理器下載程序。參閱圖13，電阻分壓ADC采樣電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R24，可改變輸入到ADC第七通道的電壓，用于做AD轉(zhuǎn)換實驗。參閱圖14，PWM到DA轉(zhuǎn)換(低通濾波器)電路，輸入端連接到處理器的PWM輸出端口，PWM信號經(jīng)過低通濾波器之后成為一個較平穩(wěn)的直流信號，用處理器控制PWM信號的頻率和占空比，可實現(xiàn)不同電壓的輸出，用于DA轉(zhuǎn)換。參閱圖15，外部EERP0M，用于掉電保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線為IIC總線，通過連接兩個上拉電阻保證其信號電氣特性符合規(guī)范。EEPROM型號可選ATMC02、FM24C16等系列存儲
參閱圖16，DS1302實時時鐘電路，用于制作數(shù)字電子鐘。參閱圖17，PS2接口，用于連接PS2鍵盤或者PS2鼠標(biāo)，處理器通過PS2協(xié)議實現(xiàn)與鍵盤鼠標(biāo)之間的通信。參閱圖18，溫度傳感器電路，溫度傳感器為DS18B20型號的數(shù)字溫度傳感器，采用單總線協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，用于溫度采集的實驗或應(yīng)用。參閱圖19，紅外接收電路，紅外接收器的信號輸出端連接處理器的中斷引腳，當(dāng)接收到紅外信號后，將紅外信號轉(zhuǎn)換為38KHz頻率的脈沖信號進(jìn)行傳輸，處理器接收到脈沖信號后進(jìn)在中斷，在中斷服務(wù)函數(shù)捕獲有用信息。參閱圖20，1602和12864點陣液晶連接電路。接口 P13、P12分別用于連接1602 和12864點陣液晶。1602液晶像素為16X2，可以顯示兩行字符，每行字符最多顯示16個。 1觀64液晶的像素為1觀)(64，可以顯示的內(nèi)容比1602液晶多很多，而且其內(nèi)部帶有中文字庫，支持中文顯示。兩種液晶均可以用串行或并行的方式與處理器進(jìn)行通信?？捎没瑒幼冏杵鱎M調(diào)節(jié)兩個液晶的對比度，它與圖13的AD采樣電路共用同一變阻器。參閱圖21，SD/MMC卡擴(kuò)展接口，用于連接SD/MMC卡，使用SD卡的SPI數(shù)據(jù)傳輸模式，其數(shù)據(jù)總線連接到處理器的SPI總線上。可用于處理器來管理SD卡文件系統(tǒng)、讀寫文件數(shù)據(jù)等應(yīng)用。參閱圖22，TFT彩色液晶觸摸屏模塊，含有一個像素為320X240的彩色液晶屏，大小可選擇2. 4寸、2. 8寸或3. 2寸，一個四線電阻觸摸板，一個觸摸屏控制器，可選ADS7843， ADS7846，XPT2046等兼容型號，一個FLASH存儲器，一個74HC573鎖存器，一個接16X2的接口。觸摸板的四條信號線Χ+、Υ+、Χ-、Υ_連接到觸摸屏控制器上，控制器采樣信號后通過SPI 方式輸出數(shù)據(jù)。FLASH存儲器用于保存液晶顯示字庫等常用的數(shù)據(jù)。設(shè)置74HC573鎖存器的目的在于，因為驅(qū)動液晶需要較多的管腳，其中含有16條數(shù)據(jù)總，當(dāng)管腳不夠的時候，可用鎖存器作緩沖，以減少管腳數(shù)量。模塊上所有的數(shù)據(jù)線和電源連接在16X2的接口(Pl) 上，利用該接口與開發(fā)板連接。該模塊可用于顯示文字、圖片等大量信息，最高可達(dá)26萬種顏色，同時可利用觸摸屏控制加入到控制應(yīng)用中。參閱圖23，VS1003音頻模塊，含有數(shù)字音頻解碼芯片VS1003，該芯可對MP3、WAV、 WMA, MIDI等格式的音頻進(jìn)行解碼，同時還支持支持麥克風(fēng)和線入(LINE-IN)兩種錄音方式，錄音使用ADPCM/WAV格式。內(nèi)含耳機(jī)功率放大器，可以直接連接耳機(jī)使用。其數(shù)據(jù)傳輸方式為SPI。VS1003內(nèi)核電壓為2. 5V，該模塊使用PAM3101DAB250穩(wěn)壓器為其提供2. 5V 電壓。模塊的數(shù)據(jù)線和電源線連接在接口 Pl上，利用Pl接口連接到開發(fā)板的通用擴(kuò)展接口上，就可以在開發(fā)板上進(jìn)行與音頻相關(guān)的應(yīng)用，如利用錄音功能制制錄音機(jī)，又如結(jié)合SD 卡和液晶屏制作MP3播放器等。參閱圖24，NRF24L01無線通信模塊，含有一個2. 4G單片無線射頻收發(fā)芯片，外加時鐘振蕩電路、電源濾波電路、天線電路，構(gòu)成了一個具備無線數(shù)據(jù)傳輸能力的模塊。利用該模塊可以實現(xiàn)兩個或多個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，例如可以用于簡單的文件傳送，也可以用于組建多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等應(yīng)用。開發(fā)板特別為該模塊提供了一個接口，因此可以很方便地與處理器連接。其數(shù)據(jù)傳輸方式為SPI，數(shù)據(jù)總線連接到處理器的SPI總線上。參閱圖25，EN(^8J60網(wǎng)絡(luò)模塊，含有一個IOMbps網(wǎng)絡(luò)控制器EN(^8J60，另外設(shè)有
8一個型號為HR911103A的網(wǎng)絡(luò)變壓器，網(wǎng)絡(luò)控制器使用差分信號線與網(wǎng)絡(luò)變壓器相連。為保證通信的穩(wěn)定性，加入了多個高低頻濾波電容。網(wǎng)絡(luò)模塊引出接口(Pl)與開發(fā)板的通用擴(kuò)展接口相連，其數(shù)據(jù)傳輸方式為SPI，數(shù)據(jù)總線同樣掛載到處理器的SPI總線上。開發(fā)板可利用該模塊搭建一個嵌入式Web網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，可在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等領(lǐng)域作出應(yīng)用。此外，本發(fā)明結(jié)合開發(fā)板實現(xiàn)了多個綜合性項目并整理出相應(yīng)文檔，包括 項目(1)基于FAT32文件系統(tǒng)的電子書制作。項目(2)基于51單片機(jī)的BMP圖片解碼。項目(3)搖控彩色俄羅斯方塊。項目(4 )簡易MP3播放器。項目(5)基于RS-232和上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。項目(6)基于嵌入式TCP/IP的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。項目(7)基于STM32 的 PDA。項目(8)基于NRFML01的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。項目(9)音頻信號分析儀。這些項目也是作為本發(fā)明的實施方式，能夠充分地發(fā)應(yīng)用各種知識來進(jìn)行實際項目開發(fā)，再結(jié)合本發(fā)明擴(kuò)展能力強(qiáng)的特點，可滿足多種應(yīng)用需求。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于包括如下四部分組件系統(tǒng)電源，包括USB供電接口、外部電源供電接口、自恢復(fù)保險絲、穩(wěn)壓器、電源自鎖開關(guān)、電源指示燈；處理器最小系統(tǒng)，包括51單片機(jī)、AVR單片機(jī)、ARM處理器；板載基礎(chǔ)資源，包括發(fā)光二極管、串行移位寄存器、4位8段共陰數(shù)碼管、無源蜂鳴器、 矩陣鍵盤、獨立中斷按鍵、串口電路、溫度傳感器、鍵盤鼠標(biāo)接口、紅外接收電路、EEPROM存儲器、實時時鐘、PWM/DA轉(zhuǎn)換、ADC采樣電路、USB接口、USB轉(zhuǎn)串口芯片、1602點陣液晶模塊接口、1觀64點陣液晶模塊接口 ；擴(kuò)展功能模塊，包括SD/MMC卡接口電路、TFT彩色液晶觸摸屏、音頻模塊、無線通信模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊；上述四部分組件安裝在一塊電路板上，且該電路板上用于安裝處理器最小系統(tǒng)和擴(kuò)展功能模塊的接口設(shè)置有能供開發(fā)者更換不同元件的更換模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于所述系統(tǒng)電源組件使用USB供電接口或者外部電源供電接口提供5V電源，通過穩(wěn)壓器得到3. 3V的電源，通過跳線為不同的處理器選擇不同電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于所述系統(tǒng)電源組件通過自恢復(fù)保險絲檢測流過USB的電流，當(dāng)大于500mA時就斷開，直到電流穩(wěn)定于500mA 以下才自動恢復(fù)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于所述處理器最小系統(tǒng)組件集成了 51單片機(jī)的最小系統(tǒng)，、AVR單片機(jī)和ARM處理器采用核心板的形式，并將其引腳重新排列成51單片機(jī)，使得嵌入式開發(fā)板能在同一位置使用不同的處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于所述嵌入式開發(fā)板通過板載基礎(chǔ)資源組件的USB接口與電腦連接，并通過USB轉(zhuǎn)串口芯片連接到處理器的異步串行通信口，使得電腦通過USB接口向處理器下載程序，并實現(xiàn)電腦和嵌入式開發(fā)板之間的串行通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于所述嵌入式開發(fā)板設(shè)置有PS2接口(1)、系統(tǒng)電源(2)、8位發(fā)光二極管(3)、系統(tǒng)復(fù)位電路(4)、4位共陰數(shù)碼管 (5)、74HC595串行移位寄存器(6)、無源蜂鳴器(7)、矩陣鍵盤(8)、TFT液晶觸摸屏擴(kuò)展接口 (9)、12864點陣液晶屏接口(10)、1602點陣液晶屏接口( 11 )、電阻分壓AD采樣電路(12)、 RS — 232串口電平轉(zhuǎn)換電路(13)、DR9標(biāo)準(zhǔn)RS — 232接口(14)、500mA USB自恢復(fù)保險絲 (15)、舊8接口(16)、獨立中斷按鍵(17)、？麗到0六轉(zhuǎn)換(低通濾波器)電路(18)、？1^2303 USB 轉(zhuǎn)串口電路(19)、溫度傳感器(20)、無線通信模塊擴(kuò)展接口(21)、紅外接收器(22)、DS1302 實時時鐘電路(23)、外部EEPROM電路(24)、處理器最小系統(tǒng)(25)、通用擴(kuò)展接口(26)(可用于擴(kuò)展音頻模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊等)、時鐘振蕩電路(27 )、SD/MMC卡擴(kuò)展接口( 28 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于所述無線通信模塊擴(kuò)展接口(21)能夠接入無線通信模塊，實現(xiàn)兩機(jī)或多機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，其特征在于所述通用擴(kuò)展接口 (26)用于安裝音頻模塊或網(wǎng)絡(luò)模塊，以制作MP3播放器、錄音機(jī)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種強(qiáng)擴(kuò)展性的嵌入式開發(fā)板，包括四部分組件系統(tǒng)電源，包括USB供電接口、外部電源供電接口、自恢復(fù)保險絲、穩(wěn)壓器、電源自鎖開關(guān)、電源指示燈；處理器最小系統(tǒng)，包括51單片機(jī)、AVR單片機(jī)、ARM處理器；板載基礎(chǔ)資源，包括發(fā)光二極管、串行移位寄存器、4位8段共陰數(shù)碼管、無源蜂鳴器、矩陣鍵盤、獨立中斷按鍵、串口電路、溫度傳感器、鍵盤鼠標(biāo)接口、紅外接收電路、EEPROM存儲器、實時時鐘、PWM/DA轉(zhuǎn)換、ADC采樣電路、USB接口、USB轉(zhuǎn)串口芯片、1602點陣液晶模塊接口、12864點陣液晶模塊接口；擴(kuò)展功能模塊，包括SD/MMC卡接口電路、TFT彩色液晶觸摸屏、音頻模塊、無線通信模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊。
文檔編號G06F1/16GK102156515SQ20111010877
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者冼啟源, 李天豪, 梁康楠, 金連文, 麥松濤 申請人:華南理工大學(xué)