多CPU单片机实验设备硬件说明

1、EL-EMCU-I实验系统的资源介绍一、系统功能概述EL-EMCU-I型教学实验系统是属于一种综合的教学实验系统，该系统支持8位的8051 / C8051F021等型号、16位的MSP430系列 / AVR系列以及基于Cortex-M3内核的32位群星系列ARM处理器，实现了多模块的应用实验。它是集教学、应用编程、开发研究于一体多功能创新平台。用户可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板，同时，实验系统上的EXP总线能够拓展较为丰富的实验接口板。用户在了解EXP标准后，更能研发出满足自身需求的实验接口板。除此之外，在实验板上有丰富的外围扩展资源（如：拨动键盘与LED显示、HD7279、TFT

2、真彩液晶、16X16 LED汉字点阵、12位串行AD和DA、光耦/继电器、通信模块、IC卡模块、E-LAB模块以及电机控制模块等），可以完成基于CPU硬件资源的基础性实验、多种串行总线类实验以及CAN总线实验等等。实验箱底板的平面框图如下图1-1所示：图1-1 EL-EMCU_I系统的底板资源平面图EL-EMCU-I实验箱（即：多功能创新平台）是集EDA /CPLD/FPGA和MCU 的开发为一体的综合性实验箱，它不仅可以独立完成各种EDA /CPLD/FPGA设计，也可以完成多种MCU开发。MCU部分支持的CPU板卡有：EXP-LM3S615/2948/3749/6952/9B90、EXP-

3、C8051F021、EXP-MSP430F149/155/5419、EXP-Atmega128等等(我公司的全系列EXP接口类开发板)。EDA部分支持的CPU板类有：EXP-EPM3128&3256、EXP-EP1K30、EXP-EP3C5 & EP3C10等等(我公司的全系列EXP接口类开发板)。二、系统硬件资源该EL-EMCU-I实验系统的硬件资源主要包括： EXP系列MCU板接口单元 EXP系列EDA/CPLD/FPGA板接口单元 E_LAB模块接口单元 外扩看门狗（MAX705）单元 接触式IC卡单元 蜂鸣器驱动单元 光电耦合器与继电器单元 单脉冲产生单元 单总线（DS

4、18B20数字温度传感器）单元 12位串行AD（TLC2543）单元 12位串行DA（TLV5616）单元 数字输入输出（12个拨动开关及12个LED发光管）单元 电机（直流电机与步进电机）控制单元 键盘显示（芯片HD7279A，2×4键盘，带4位LED数码管）单元 TFT真彩液晶（AM176220 TFT彩色液晶屏，176×220分辨率）显示单元 16X16 LED点阵显示单元 RS232 、RS485总线通信接口单元 CAN总线多机通信接口单元（部分芯片具有） USB主从设备接口单元（部分芯片具有，硬件在CPU板上） 以太网接口单元（部分芯片具有，硬件在CPU板上）下面

5、分别介绍各个单元：1、CPU板接口该实验系统采用外设底板加CPU最小系统板的结构方式，CPU通过双排针扩展槽扩展。用户可根据自己的需求选用不同类型的CPU板。不同类型的CPU板在实验箱的硬件资源上是完全兼容的。支持不同种类的CPU板混合使用。CPU最小系统板主要由以下几个模块组成：CPU芯片部分时钟产生部分复位电路部分扩展接口部分电源变换部分UART接口部分USB主从接口部分（部分CPU板具有）以太网接口部分（部分CPU板）三、硬件安装说明CPU扩展板与其它扩展板或底板接插时要注意：1、 断开CPU或底板的供电电源2、 检查CPU总线排针是否有弯曲变形，如果有一定要用镊子将总线引脚整理整齐3、

6、 CPU扩展板总线引脚与其他扩展板或底板EXC-2总线插座孔一一对应。横向纵向检查确实对应无误后，稍用力将CPU扩展板与底板或其它扩展板压实插好4、 接通电源使用四、硬件拆除说明 CPU扩展板拆除时应注意先用双手稍用力将POWER插座一侧线路板平行拔起，再平行压下，再次平行拔起，再次平行压下。反复几次后，CPU扩展板可以很好的拆下来。不会由于用力过大过猛将总线排针弄弯。此方法适用于其它扩展板。 五、实验底箱硬件说明：2、E_lab总线接口通过E_lab接口，可扩展我公司的E_lab扩展模块，信号定义如图1-4所示：图1-4 E-LAB接口定义接口的外形如图1-5所示：图1-5 E_LAB接口外

7、形3、串口接口该模块主要支持用串口进行无线通信的模块，如ZIGBEE模块。接口信号定义如图1-6所示：图1-6 串口接口信号定义4、看门狗模块该模块主要实现外扩看门狗器件控制MCU复位，做实验的时候只需连接两根线，电路图如图1-7所示。图1-7 外扩看门狗电路图5、IC卡模块该模块主要完成 I2C总线读写IC卡的实验，既可以采用GPIO口模拟I2C时序的方式也可以采硬件I2C的方式，具体取决于所选择的MCU是否自带I2C控制器。原理图如图1-8所示：图1-8 IC卡电路图6、RS485模块 该模块主要完成485通信实验，由MAX485芯片完成485电平的转换。电路图如图1-9所示：图1-9 R

8、S485电路图7、温度采集模块该模块采用单总线通信方式的数字温度传感器DS18B20实时采集当前的温度。电路图如图1-10所示：图1-10 DS18B20电路图8、A/D转换模块 该模块主要完成模拟量与数字量的转换，使用TI的TLC2543芯片，该芯片是12位的串行A/D转换芯片，采用SPI的通信模式，电路图如图1-11所示：图1-11 A/D转换电路图 9、D/A转换模块该模块主要完成数字量与模拟量的转换，使用TI的TLC5616芯片，该芯片是12位的串行D/A转换芯片，采用SPI的通信模式，电路图如图1-12所示：图1-12 DA转换电路图10、CAN总线模块Cortex-M3的部分芯片带

9、CAN控制器，只需外接一个CAN收发隔离器件就可以完成CAN总线通信实验。电路图如图1-13所示：图1-13 CAN总线电路图11、蜂鸣器模块该模块主要完成用MCU的定时器产生不同频率的PWM方波驱动蜂鸣器鸣叫。电路图如图1-14所示：图1-14 蜂鸣器电路图12、光耦与继电器模块该部分主要用光耦控制继电器的打开与闭合，实现光电隔离的功能。电路图如图1-15所示：图1-15 光耦、继电器电路图13、单脉冲产生模块该模块主要用来提供外部脉冲信号，可供给MCU的中断管脚实现外部中断计数的功能。电路图如图1-16所示：图1-16 外部脉冲输入电路图14、拨动开关与LED灯模块该模块主要作为一个简单的

10、数字量输入输出设备，拨动开关可以改变输入的状态，LED灯可以显示输出的高低电平。电路图如图1-17所示：图1-17 键盘与LED电路图15、直流电机模块该模块主要实现直流电机的转速测量及调速实验，通过电位器改变电机的转速，转速经霍尔传感器转后得到方波，用定时器定时1S钟来观测MCU接收到多少个外部脉冲，从而得到电机转速。电路图如图1-18所示：图1-18 直流电机电路图16、步进电机模块该模块主要实现步进电机转向与转速的控制，用74LS07作为驱动芯片，电路图如图1-19所示：图1-19 步进电机电路图17、键盘数码管显示模块该模块采用专用的键盘与显示控制芯片HD7279A，实现显示与按键中断

11、的控制。电路图如图1-20和1-21所示：图1-20 数码管显示电路图图1-21 7279电路图18、LCD模块点阵式LCD 模块由并行的数据接口和应答信号接口两部分组成，电源由接口总线提供。1、 OCMJ2×8 液晶模块介绍及使用说明OCMJ 中文模块系列液晶显示器内含 GB 2312 16*16 点阵国标一级简体汉字和ASCII8*8（半高）及8*16（全高）点阵英文字库，用户输入区位码或 ASCII 码即可实现文本显示。OCMJ 中文模块系列液晶显示器也可用作一般的点阵图形显示器之用。提供有位点阵和字节点阵两种图形显示功能，用户可在指定的屏幕位置上以点为单位或以字节为单位进行图

12、形显示。完全兼容一般的点阵模块。OCMJ 中文模块系列液晶显示器可以实现汉字、ASCII 码、点阵图形和变化曲线的同屏显示，并可通过字节点阵图形方式造字。本系列模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。一改传统的使用大量的设置命令进行初始化的方法，OCMJ 中文模块所有的设置初始化工作都是在上电时自动完成的，实现了“即插即用”。同时保留了一条专用的复位线供用户选择使用，可对工作中的模块进行软件或硬件强制复位。规划整齐的10 个用户接口命令代码，非常容易记忆。标准用户硬件接口采用REQ/BUSY 握手协议，简单可靠。表一 OCMJ2X8(128X32)引脚说明2、硬件接口: 接口协

13、议为 请求/应答（REQ/BUSY） 握手方式。应答BUSY 高电平（BUSY =1） 表示 OCMJ 忙于内部处理，不能接收用户命令；BUSY 低电平（BUSY =0）表示 OCMJ 空闲，等待接收用户命令。发送命令到 OCMJ 可在BUSY =0 后的任意时刻开始，先把用户命令的当前字节放到数据线上，接着发高电平REQ 信号（REQ =1）通知OCMJ 请求处理当前数据线上的命令或数据。OCMJ 模块在收到外部的REQ 高电平信号后立即读取数据线上的命令或数据，同时将应答线BUSY 变为高电平，表明模块已收到数据并正在忙于对此数据的内部处理，此时，用户对模块的写操作已经完成，用户可以撤消数

14、据线上的信号并可作模块显示以外的其他工作，也可不断地查询应答线BUSY 是否为低（BUSY =0？），如果BUSY =0，表明模块对用户的写操作已经执行完毕。可以再送下一个数据。如向模块发出一个完整的显示汉字的命令，包括坐标及汉字代码在内共需5 个字节，模块在接收到最后一个字节后才开始执行整个命令的内部操作，因此，最后一个字节的应答BUSY 高电平（BUSY=1）持续时间较长，具体的时序图和时间参数说明查阅相关手册。3、用户命令用户通过用户命令调用 OCMJ 系列液晶显示器的各种功能。命令分为操作码及操作数两部分，操作数为十六进制。共分为 3 类10 条。分别是：一）、字符显示命令： 1、显示

15、国标汉字； 2、显示8X8 ASCII字符； 3、显示8X16ASCII字符；二）、图形显示命令： 4、显示位点阵； 5、显示字节点阵；三）、屏幕控制命令： 6、清屏； 7、上移； 8、下移；9、左移； 10、右移；（以下所示取值范围分别为：2X8、4X8、5X10 的取值范围）1）显示国标汉字命令格式： F0 XX YY QQ WW该命令为5字节命令（最大执行时间为1.2 毫秒，Ts2=1.2mS），其中XX：为以汉字为单位的屏幕行坐标值，取值范围00 到07、02到09、00 到09YY：为以汉字为单位的屏幕列坐标值，取值范围00 到01、00到03、00 到04QQ WW：坐标位置上要显

16、示的GB 2312 汉字区位码2) 显示8X8 ASCII字符命令格式：F1 XX YY AS该命令为4字节命令（最大执行时间为0.8 毫秒，Ts2=0.8mS），其中XX：为以ASCII码为单位的屏幕行坐标值，取值范围00 到0F、04 到13、00 到13YY：为以ASCII码为单位的屏幕列坐标值，取值范围00 到1F、00 到3F、00 到4FAS：坐标位置上要显示的ASCII 字符码3) 显示8X16 ASCII字符命令格式：F9 XX YY AS该命令为4字节命令（最大执行时间为1.0 毫秒，Ts2=1.0mS），其中XX：为以ASCII码为单位的屏幕行坐标值，取值范围00 到0F、

17、04 到13、00 到13YY：为以ASCII码为单位的屏幕列坐标值，取值范围00 到1F、00 到3F、00 到4FAS：坐标位置上要显示的ASCII 字符码4) 显示位点阵命令格式： F2 XX YY该命令为3字节命令（最大执行时间为0.1 毫秒，Ts2=0.1mS），其中XX：为以1*1点阵为单位的屏幕行坐标值，取值范围00 到7F、20 到9F、00 到9FYY：为以1*1点阵为单位的屏幕列坐标值，取值范围00 到40、00 到40、00 到405) 显示字节点阵命令格式： F3 XX YY BT该命令为4字节命令（最大执行时间为0.1 毫秒，Ts2=0.1mS），其中XX：为以1*8

18、点阵为单位的屏幕行坐标值，取值范围00 到0F、04 到13、00 到13YY：为以1*1点阵为单位的屏幕列坐标值，取值范围00 到1F、00 到3F、00 到4FBT：字节像素值，0 显示白点，1 显示黑点 （显示字节为横向）6) 清屏命令格式：F4该命令为单字节命令（最大执行时间为11毫秒，Ts2=11mS），其功能为将屏幕清空。7) 上移格式：F5该命令为单字节命令（最大执行时间为25毫秒，Ts2=25mS），其功能为将屏幕向上移 一个点阵行。8) 下移命令格式：F6该命令为单字节命令（最大执行时间为30 毫秒，Ts2=30mS），其功能为将屏幕向下移动一个点阵行。9) 左移命令格式：F7该命令为单字节命令（最大执行时间为12 毫秒，Ts2=12mS），其功能为将屏幕向左移动一个点阵行。10) 右移命令格式： F8该命令为单字节命令（最大执行时间为12 毫秒，Ts2=12mS），其功能为将屏幕向右移动一个点阵行。4、点阵LCD模块电路原理点阵LCD模块有11根引出线。DB0-DB7为数据端口，BUSY为忙信号线，REQ为请求信号，GND为地。19、16X16 LED点阵显示模块该模块