《实操考试设备说明》PPT课件.ppt

第六届信息技术应用水平大赛,教育部教育管理信息中心,内容安排,个人赛-决赛说明考试平台：大赛组委会特别定制的创新实训平台题型为综合创新设计与操作题。题量为1道设计与操作题，考察综合运用基础知识的能力、综合设计能力、以及制作与调试等的动手能力和解决复杂问题的能力。考试方式:实验室实际操作。考试时间为4小时。考试日期为12月4日5日考试地点定于北京,个人赛介绍,团体赛介绍,团体赛比赛说明开发板说明：开发板只提供最小系统，配电源，通电后整个系统可以跑通。开发板分单片机和嵌入式两种控制芯片，考生自主选择，组委会按比例配送；以C51F020芯片为控制核心的单片机开发板以STM32F103X为控制核心的嵌入式开发板作品提交说明：10月8日前报名结束、11月5日前提交作品、11月15日公布入围决赛名单，12月4日到北京参加决赛。初审评审标准：先进性、创新性、作品完成度、难度及复杂度、实用性、结构合理性决赛说明：决赛部分由现场产品演示、现场答辩、现场实操考试三个环节组成实操考试在指定创新实训平台上完成。,个人与团体决赛实操考试说明,考察综合运用基础知识的能力、综合设计能力、以及制作与调试等的动手能力和解决复杂问题的能力。在大赛组委会特别开发的创新实训平台上完成电子系统的设计、安装、调试，并写出实践文档。创新实训平台上完成下述工作的一个部分或几个部分，包括：某一单元电路的设计、安装与调试；整机（系统）指标的调试、使其达到设定值（如温度、压力等）；修改软件程序中的某些内容，达到某些技术指标的改变；对某些设定故障的分析、处理与排除；检测电路或系统中某些指定点信号的波形与幅值；根据电路板画出电路图；画出实践平台上指定部分或全部的电路组成框图；写出实践文档。,内容安排,个人赛与团体赛决赛 实操平台介绍,创新实训平台功能框图,实操考试平台,创新实训平台实物图以及标注,电源模块,传感器及调理模块,信号放大模块,信号源及宽放模块,信号变换模块(ADC,DAC),无线模块,通讯模块,显示模块,处理器模块,控制与电机模块,音视频模块,键盘模块,模块存放区,实操考试平台,电源模块功能：生成所需电源;由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成；输入电压：AC220V;输出电压：+/-12V,+5V和3.3V;电源变压器采用采用AC220V输入，三路AC输出：AC15V、AC-15V和AC8V.整流电路采用两个整流桥集成块；采用电解电容滤波；采用固定三端稳压块7812、7912和AMS1084等输出直流电源。,实操考试平台,传感器模块功能：传感器信号的采集与调理平台提供两个传感器模块槽位，其中一块输出信号与信号放大电路连接，另一块直接与信号变换模块（AD、DA）连接提供两个标配传感器模块，集成温度、湿度和光敏等传感器模块由传感器电路和信号调理电路等两部分组成标配传感器模块输出电压：0+2.5V标配传感器模块采用直插分立元件和芯片，便于参赛者焊接调试平台提供气体、压力等多种选配传感器模块平台提供盲孔板，具有传感器模块槽位相同的连接器，便于自行设计各种传感器模块,实操考试平台,信号放大模块功能：集成单端放大电路、共模抑制和差动放大电路此模块缺省为正向放大电路，通过板载的跳线可改变为多种放大电路具有可调放大倍数(调节电阻可调节比值)输入模式：单端与差动输出电压：0+2.5V板载可调电阻模拟输入信号,实操考试平台,模数、数模转换模块功能：信号的模数和数模转换，包括11路12位AD与1路12位DA；具有11路AD输入，板上有5路AD输入，另6路连接到6pin连接器，可用于扩展；能够采集所有板载传感器信号；AD与DDS配合可实现波形还原；DA可实现单个呼吸灯的设计；DA与DDS模块配合可实现数控增益控制；AD与DA都采用标准SPI接口让操作更灵活；AD：66ksps，DA：1.25MspsAD输入电压：不大于2.5V；DA输出电压：不大于2.5V,实操考试平台,数字源模块功能：正弦波、方波、三角波的生成和放大板载采用AD603芯片的宽带放大电路与DA模块配合具有数控增益调节功能板载波形生成模块AD9833采用高速SPI接口，输出频率最高到12.5MHz，输出幅值为38mv-650mv宽带放大电路的输入频率与带宽：90MHz，11dB-31dB、9MHz，9dB-51dB（硬件任意设定）输入幅值：不大于3.3V输出幅值：不大于3.3V外部信号可通过高频端子输入，也可通过高频端子输出,实操考试平台,处理器模块处理器模块采用接口统一的多核心板设计模式模块化设计，灵活组合，便于升级和维护平台的处理器槽位支持单片机模块，ARM模块，FPGA模块和DSP模块等;单片机模块，采用silicon labs公司 C8051F02X 系列;ARM模块，采用ST公司 ARM Cortex-M3 系列的STM32F20 x处理器;FPGA模块有两种供选择：（1）采用 XILINX 公司的Spartan-3E系列的XC3S100E芯片。（2）采用 ALTERA 公司的Cyclone III系列的EP3C25F256芯片。DSP模块模块有两种供选择：（1）采用TI TMS320 F28335DSP处理器。（2）ADI DSP BF2812处理器。,实操考试平台,人机交互模块功能：人机交互功能的显示、触摸功能；LCD采用TFT真彩液晶显示，分辨率为320240；外部总线接口；4线电阻式触摸屏；4个8段数码管；四个LED发光二极管,位于核心板。,实操考试平台,无线通讯模块功能：实现平台的无线通讯功能平台的无线器槽位支持ZIGBEE、GPRS、GPS、WIFI、Bluetooth和高频通讯功能；ZIGBEE模块为标配模块GPRS模块 GPS 模块 WIFI无线模块 Bluetooth模块 高频通讯模块,实操考试平台,音、视频模块功能：实现平台的音视频的采集、存储和回放；视频模块：采用200万像素CMOS图像传感器模块，可以实现图像的单帧或实时图像采集；图像数据为ITU656格式；音频模块：实现音频的采集和播放放，采用标准I2S接口。板上有MIC和Speaker(扬声器)。,实操考试平台,常用有线通讯模块功能：实现多种有线通讯等功能；RS232可实现实时通讯和ISP接口；CAN2.0B通讯；RS485通讯；标准红外通讯；标准PS2接口；标准USB2.0 OTG功能,支持USB主、从设备；,多课题式模块化创新实训平台介绍,控制和电机模块功能：实现平台的开关量输入输出信息、步进和直流电机的控制；控制和电机模块包括3个模块，及控制模块、直流电机模块和步进电机模块；控制模块包括（1）开关量输入输出电路（DIO）,其中用到光耦隔离。（2）电磁继电器控制电路。（3）固态继电器（SSR）控制电路。直流电机模块包括直流电机控制及测速电路。步进电机模块包括步进电机控制电路。,多课题式模块化创新实训平台介绍,键盘和打印模块功能：键盘和打印功能键盘为44键盘矩阵；键盘采用专用的键盘与显示控制芯片CH452实现，该芯片与处理器的接口为IIC；键盘模块有四个八段数码管，与CH452连接，可用于显示。打印模块为选配模块，采用的是串行接口微型打印机，使用时连接到通讯模块的RS232接口。,多课题式模块化创新实训平台介绍,创新实训平台1、一套平台多种训练，由浅入深，灵活多变 基本训练：单片机技术、ARM技术、FPGA技术、DSP技术和基本电路设计等 综合训练：音视频采集，数据采集、处理与通讯，无线传输电路设计等2、具有模块化、开放性特点采用模块化设计，灵活组合，便于升级和维护；通过替换不同的处理器模块，即可演变为ARM综合实践平台、FPGA综合实践平台和DSP综合实践平台，性价比极高，并具有的良好可扩展性。可以在该产品的基础上，根据需求定制模块或者启动合作项目，开发新模块，增加新资源3、多课题式设计，通过多种模块的组合，可衍生出多种课题设计，深 入学习行业应用的多种原型设计。4、专用于基本教学、电子工程综合训练、课程设计、电子竞赛等,实操考试平台,内容安排,团体赛复赛平台 单片机核心板介绍,C8051F020处理器是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有64个数字I/O引脚，具备以下特点。高速、流水线结构的8051 兼容的CIP-51 内核（可达25MIPS）；全速、非侵入式的在线系统调试接口（片内）具有64个数字IO，均可耐5V，所有内部功能模块在IO上的映射是可配置的。带有12 位、100 ksps 的8 通道ADC，带PGA和模拟多路开关；带两个12 位DAC，可编程更新时序；64K字节 Flash，4352字节的内部RAM；可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口；具有5个16为通用定时/计数器；具有5 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；具有片内VDD监视器，看门狗定时器以及温度传感器；具有硬件实现的SPI、SMBus/I2C 和两个UART 串行接口；内部具有可编程振荡器，能提供2-16MHz的始终，同时带有实时时钟功能。,C8051F020处理器特点,C8051F020处理器特点,美国 Silabs 公司推出的C8051F系列单片机，把 C8051F 系列单片机从微控制器（MCU）时代推向片上系统（SOC）时代，使其以8051为内核的单片机上了一个新的台阶，CIP-51内核具有标准8052的所有部件，并在此基础上进行了几项关键性的改进，提高了整体的性能，更易于应用。C8051F020单片机是一种高集成度的SOC型芯片，具有与 8051 兼容的微控制器内核，与MCS-51指令系统完全兼容。除具有标准 8052 部件外，片内还具有数据采集和控制系统中常用的模拟部件及其他数字外设部件。既能处理数字信号也能处理模拟信号，所以称为混合信号系统级芯片或片上单片机系统。,C8051F020处理器特点,中断系统扩展的中断系统向 CIP-51 提供22（C8051F3xx 为12）个中断源（标准8051 只有7 个中断源），允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU 干预，却有更高的执行效率。在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。存储器1）C8051F 系统单片机具有标准的8052的程序和数据存储器的地址配置。存储器包括256B的核内RAM，还具有核外1KB4KB的RAM。程序存储器包括8KB128KB的FLASH存储器。2）C8051F02X等单片机中有可用于访问外部数据存储器的外部存储器接口（EMIF）。EMIF可以被配置为地址/数据复用方式或非复用方式。流水线结构采用流水线结构，使多条指令并行执行，大大提高了单片机的执行速度。在相同时钟下，指令运行速度比一般的80C51系列单片机提高大约10倍。70指令的执行时间为 1 个或 2 个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。,C8051F020处理器特点,模数和数模转换（1）由逐次逼近型ADC、多通道模拟输入选择器和可编程增益放大器组成。ADC工作在100ksps的最大采样速率时可提供真正的8位、10位或12位精度。ADC完全由CIP-51通过特殊功能寄存器控制，系统控制器可以关断ADC以节省功耗。（2）还有一个15ppm的电压基准和内部温度传感器，并且8个外部输入通道的每一对都可被配置为两个单端输入或一个差分输入。（3）可编程增益放大器接在模拟多路选择器之后，增益可以用软件设置，从0.5到16以2的整数次幂递增。当不同ADC输入通道之间输入的电压信号范围差距较大或需要放大一个具有较大直流偏移的信号时（在差分方式，DAC可用于提供直流偏移），这个放大环节是非常有用的。（4）内部有两个12位电压输出DAC，MCU可以将任何一个DAC置于低功耗关断方式。DAC具备灵活的输出更新机制，允许用软件命令和定时器2、定时器3及定时器4的溢出信号更新DAC输出。DAC在作为比较器的参考电压或为ADC差分输入提供偏移电压时非常有用。并行接口 I/O 端口的通用基本输入输出特性与标准8051兼容，I/O端口的部分引脚可通过软件配置成不同的特殊功能。这样极大提高了端口配置的灵活性。串行接口 具有全双工UART串行口之外，还增加了SPI总线和 SMBus/I2 总线。,C8051F020处理器特点,时钟系统更加完善（1）具有一个更加灵活的时钟系统，可采用多种时钟源（2MHz、4MHz、8MHz或16MHz）（2）内部有一个能独立工作的时钟发生器，在复位后被默认为系统时钟，其时钟振荡频率是可编程的；可选择外部时钟振荡器或外部时钟源产生系统时钟。（3）在程序运行时，可通过软件方便地实现时钟内外切换。JTAG口的在线系统调试功能在 C8051FXXX 单片机（8位）中首先配置了片内JTAG接口和调试电路，可为生产和测试提供完全的边界扫描功能。,C8051F020处理器特点,多种复位方式（1）提供7种复位源：片内 VDD监视器、看门狗定时器、时钟失效检测器、由比较器0提供的电压检测器、软件强制复位、CNVSTR引脚及RST引脚。（2）多复位源提高了系统的安全性、灵活性，并有利于零功耗设计。降低系统功耗的多种方法：（1）采用3V（电压范围2.7V至3.6V）供电；（2）完善时钟系统，在满足响应速度的要求下，使系统的平均时钟频率最低，降低了功耗；（3）多种复位源，可使系统在掉电情况下，方便活地重新复位；（4）片上外设都能单个关闭或全部关闭以节省功耗。,C8051F020处理器特点,C8051F020核心板特点功能框图,单片机核心板介绍,C8051F020核心板特点实物图以及标注 1、JTAG调试接口 2、IO驱动LED 3、22MHz时钟晶振 4、C8051F202微控制器 5 5、配置指示灯 6、复位开关 7、5V-3.3V电源转换芯片 8、电源指示灯 9、USB接口 10，5V电源接口、11&12、扩展IO接口,单片机核心板介绍,7,4,3,10,9,1,6,5,11,12,8,2,C8051F020核心板特点实物图以及标注,单片机核心板介绍,13,13、FT232 USB转串口芯片,单片机核心板介绍,C8051F020核心板特点功能说明 JTAG调试接口 C8051F020具有片内JTAG边界扫描和调试电路，通过核心板上的JTAG接口可以进行非入侵式的，全速的在系统调试。,单片机核心板介绍,C8051F020核心板特点功能说明 时钟源 外部提供一22.1184MHz稳定时钟源，供单片机芯片使用,单片机核心板介绍,C8051F020核心板特点功能说明 USB接口 核心板上提供一USB接口，通过FT232RL芯片进行串口转换，可以与PC机进行串口通信，同时该USB接口也可为核心板供电,单片机核心板介绍,C8051F020核心板特点功能说明 扩展IO接口 C8051F020有按8位端口组织的64个数字IO引脚，同时还有片内AD，DA和电压比较器的接口引脚，通过两个2*42pin的接插件将其全部引出，可供开发者充分利用。,内容安排,团体赛复赛平台 嵌入式核心板介绍,STM32F103处理器介绍,STM32F103 处理器,2V-3.6V 供电电压5V I/Os 电压容限出色的时钟安全模式带有唤醒功能的低功耗模式内部RC嵌入的RESET-40/+85C（工业级）,STM32F103处理器介绍,STM32处理器,STM32采用双APB（先进外设总线）结构，每条总线都是高速APB总线（最高可到CPU的频率）。外设通过连接到这种总线结构提高了外设的速度。,STM32先进的外设,Cortex-M3 处理器,集成了内核和高级系统外设的分级处理器 Cortex-M3 内核哈佛体系结构拥有分支预测功能的三级流水线 Thumb-2 指令集和传统的 Thumb指令集带有 硬件除法和 单信号周期乘法的ALUCortex-M3 处理器Cortex-M3 内核可配置的中断控制器 总线矩阵先进的调试组件 可选择的 MPU&ETM,Cortex-M3 处理器概述,哈佛结构指令总线和数据总线分离，允许并行地取指和数据存储1.25DMIPS/MHz，0.19mW/MHzThumb-2指令集拥有32位的性能和16位的代码密度单周期乘法和硬件除法Cortex-M3核内部集成了嵌入式高速中断控制器：低中断响应时间，最低可达6个CPU周期（内部中断）从低功耗模式被唤醒也只需6个CPU 周期相比于ARM7TDMI，Cortex-M3内核要快35%且减少了45%的代码,Cortex-M3 处理器概述,三级流水线-取指，解码和执行单信号周期乘法硬件除法-UDIV&SDIV-指令执行需要2到12周期，取决与被除数与除数-两者越相近指令完成越快-指令可以被中断（丢弃/重启）,Cortex-M3 处理器概述,Cortex-M3 VS ARM7:主要参数比较,Cortex-M3 附加的特性简化了跟踪调试接口的管脚，从9脚减少到 2 或 3脚硬件中断处理不需要汇编代码综合的原子位操作改进了数据存储 扩展的数据观测点&Flash 保护技术嵌入式的睡眠控制和掉电模式可选择的小型的存储器保护单元(MPU)和 嵌入式跟踪宏单元(ETM),出色的功耗表现,高性能并不等于高功耗，STM32提出3种主要的能耗方案：Run模式：高动态功效Standby模式：极低的功耗能够工作在由电池直接供电的低电压状态下在Run模式下，以最高的72MHz速度全速在FLASH中运行,STM32的功耗也只有36mA(0.5mA/MHz)。在Standby模式典型功耗值更是低到2uA。Battery能够提供2.0到3.6V的电源电压,STM32拥有三种不同的低功耗模式和一个通用的超频方案使用户可以相对于性能优化功耗。STM32内部嵌入了一个实时时钟（RTC），它可以由一个32KHz的石英晶振或内部RC提供。实时时钟拥有自己独立的供电部分，可以由一个专门的纽扣电池或主电源相互交替供电。它的典型功耗值在3.3V时为1.5uA。且带有20B的数据备份区。从低功耗模式启动的启动时间典型值比从Stop模式启动的启动时间短10us，而从Standby模式重启时间典型值为40us。,出色的功耗表现,可以在的低电压运行Run模式运行在FLASH中功效为0.5mA/MHz从Stop启动10us从Standby启动为40us复位电路始终有效,出色的功耗表现,STM32F10 x:Low power,STM32F103核心板特点CPU：STM32F103ZET6,ARM Cortex-M3内核,512kB Flash,64KB SRAM,最高工作时钟72MHz,100脚512K16位（8Mbit）NOR FLASH256K16位 SRAM128K8位 EEPROM数字温度传感器标准ARM JTAG 20 PIN仿真接口座(方便连接JLINK等主流仿真器)8MHz和32.768KHz晶体一个用户按键，用于系统复位两个用于启动控制的跳针所有 IO 口均引出，方便接外部电路做实验PCB尺寸:100mm74mm数字温度传感器DS18B20,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点功能框图,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板实物图,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板实物图,嵌入式核心板介绍,嵌入式核心板介绍,板上设有一个用户按键用于系统复位，复位信号为低有效；系统复位时将ARM芯片的 nRST 脚拉低；通过一个10K的上拉电阻，使得系统复位默认值为高；系统用一个简单的RC充电电路实现上电复位；,STM32F103核心板特点-系统复位,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点-EEPROMEEPROM采用24LC01芯片容量为128K8位小巧的8脚 SOIC封装,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点-SRAM采用256K16位 SRAM 芯片 IS61LV25616,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点-NOR FLASH采用 512K16位（8Mbit）NOR FLASH 芯片 SST39LF800A454,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点-NAND FLASH采用 1Gb NAND FLASH 芯片 K9F1G08U0M-Y,P,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点-LED灯用4位PF总线驱动4个蓝色LED作为跑马 灯，它们是PF6、PF7、PF9和PF10通过接插件J301让电路板给跑马灯 供电,STM32F103核心板特点-JTAG标准ARM JTAG 20 PIN仿真接口座(方便连接JLINK等主流仿真器),嵌入式核心板介绍,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点-DS18B20DS18B20亦即数字温度传感器采用TO-92封装,STM3210B-EVAL功能框图,嵌入式核心板介绍,嵌入式核心板介绍,支持STM32的IDE,嵌入式核心板介绍,STM32F103 编程仿真器,STM32F103核心板特点-MDK开发环境一、MDK的优势 MDK集成业界最优秀的RealView编译工具 MDK提供启动代码生成向导-提高开发效率 MDK提供强大的设备模拟器-缩短开发周期 MDK提供高效的性能分析工具 MDK集成了flash编程模块 MDK提供业界最好的 uVision IDE 易学易用,嵌入式核心板介绍,嵌入式核心板介绍,STM32F103核心板特点-MDK开发环境二、MDK的获取和安装三、MDK的安装请参考文档Keil_MDK4.01安装使用说明.pdf四、参考网站,STM32F103核心板特点-固件库 STM32F103 提供一个固件函数库，该函数库是一个固件函数包，它由程序、数据结构和宏组成，包括了微控制器所有外设的性能特征。该函数库还包括每一个外设的驱动描述和应用实例。通过使用本固件函数库，无需深入掌握细节，用户也可以轻松应用每一个外设。因此，使用本固态函数库可以大大减少用户的程序编写时间，进而降低开发成本。每个外设驱动都由一组函数组成，这组函数覆盖了该外设所有功能。每个器件的开发都由一个通用API驱动，所有的驱动采用“Strict ANSI-C”标准编写。API对该驱动程序的结构，函数和参数名称都进行了标准化。所以在使用的时候比较的容易方便。固件函数库详细介绍请参考STM32F101xx和STM32F103xx固件函数库.pdf。,嵌入式核心板介绍,嵌入式核心板介绍,固件函数库文件体系结构,USB接口开发包,完整的有文档的源文件,全部经过测试的C源代码,与大多数ARM的IDE工具兼容支持所有USB传输模式:控制传输（通用器件管理任务），HID Mouse/操纵杆适用的中断转传输，大容量存储器适用的批量转输，Voice Speaker/micro适用的同步传输。DFU（通过USB固件升级），虚拟串行通信端口（CDC类，仿真的 RS232）,Free from ST web,