基于PSoC的电子系统综合实训平台设计

摘 要 本文设计了一个更加适合高职学生学情的基于PSoC的电子系统综合实训平台，该平台可用于高职应用电子技术专业实践教学，亦可作为学生创新实验和电子设计大赛的开发平台。

关键词 PSoC;实训平台;高职教育

数字电子技术、模拟电子技术、微控制器技术等是高职应用电子技术专业的核心课程，实践教学是其中一个非常重要的环节。传统的实践教学都是配合理论教学，用大型的实验箱或者实训台进行，更有甚者用仿真软件来替代硬件平台。后者算不算真正意义上的实训尚且不论，前者成本高、类型单一、拓展性差，并不能完全满足学生的学习需求。

1PSoC介绍

PSoC（ProgrammableSystemonChip，可编程片上系统）是 Cypress公司于2003年推出的可编程片上系统，它既有微处理器核，又有数字与模拟混合信号阵列。正因为PSoC器件在一个芯片上整合了可配置的模拟资源和数字资源、存储器、微控制器等，使用PSoC器件进行电路系统设计的时候，可以直接调用数字模块或者模拟模块，基本无须外部元件，直接通过编程就可以构架所需要的电路系统。利用PSoC器件设计实训平台，实验教学不仅快捷方便，更能充分发挥学生的创造力[1]。

此前，清华大学已开发出兼容PSoC3、PSoC5的JS_3型PSoC开发套件，中国地质大学也进行了基于PSoC4的综合实验教学平台的研制。但是，这些套件或平台都是针对本科学生设计的，并不完全适用于高职课程。本文设计了一个更加适合高职学生使用的基于PSoC的电子系统综合实训平台，该平台可用于高职应用电子技术专业教学，也可以作为学生创新实验和电子设计大赛的开发平台[1]。

2平台设计

本基于PSoC的电子系统综合实训平台布局框图如图1所示，该平台的正中间是一大块面包板，可以进行外围电路的搭建和系统功能调试。面包板周围分布着所有芯片和模块的端口引脚，实验连线更加一目了然。

2.1 电源模块

根据实训平台的需求，电源模块具有短路保护和过流保护功能，可以提供±5V和±3.3V的直流电压，该电压首先由开关电源将交流220V电压换成直流12V后，再经过电压变换电路转换得来。

2.2 外部时钟

外部时钟模块可以输出多种频率的时钟。

2.3 通信模块

通信模块主要实现实训平台和计算机以及外围设备之间的通信，模块利用MAX232芯片实现PSoC芯片与外部设备之间的串行通信，对于不配备串口的计算机，还设计了基于PL2303芯片的RS232-USB接口转换电路。

2.4 输入模块

4*4矩阵键盘：在二自由度云台控制器的设计等需要用到较多按键的实训项目中，由于需要用到的按键数量较多，为了减少控制端口的占用，采用矩阵键盘进行控制。

独立按键组：由10个独立按键组成，用于简易电子琴等项目的实训。

电位器：由于微控制器内部已经内置了A/D、D/A功能，设计时用电位器和呼吸灯来模拟A/D、D/A功能，取代了专门的ADC和DAC。

2.5 输出模块

LCD模块：

LCD模块预留了两种类型的LCD显示器件接入端口，并行控制端口可以插入常用的LCD1602显示器，也可以根据需要在串行控制端口插入带有汉字显示功能的MZLH01-12864LCD显示模块。

LED阵列：由10个LED组成，和10个独立按键一一对应，用于流水灯显示等实训项目。

数码管：设计了8位共阴极八段数码管，以动态显示的方式显示8位数据，用于数字时钟、电子万年历等实训项目的显示输出。

蜂鸣器：由5V高电平驱动，单路输入，用于乐曲自动演奏电路、简易电子琴等项目实训。

2.6 外扩电路接口

平台空间有限，不可能包括所有功能模块，通过平台右侧预留的一组外扩电路接口，学生还可以进行一些所需要的其他功能模块的扩展开发。

3教学应用

本套基于PSoC的电子系统综合实训平台可用于高职应用电子技术专业《模拟电子电路分析与调试》、《数字电子电路分析与调试》、《典型传感器应用》、《微控制器选择与应用》、《FPGA应用技术》和《ARM微控制器应用》等专业核心课程的实训教学。主要可以完成以下几个类型的实训：

3.1 模拟电子技术、数字电子技术基础性实训

模拟电子技术、数字电子技术基础性实训可以利用平台上的按键、数码管、电位器、LED等模块，也可以在面包板上增加一些其他的模拟器件和数字器件来完成，如LED的点亮实训、运算放大器的放大实训、简易仪器仪表的设计使用实训等基础性实训。

本平臺可实现的典型模拟电子技术、数字电子技术基础性实训项目如表1所示。

3.2 微控制器基础性实训

微控制器基础性实训可以自由选择所对应微控制器，完成如微控制器I/O接口控制、中断系统控制、定时/计数器控制，串行接口控制、A/D、D/A转换控制等基础性实训。

本平台可实现的典型的微控制器技术基础性实训项目如表2所示。

3.3 微控制器综合性实训

除了上述的基础性实训之外，平台还可以利用其中的若干个模块相组合，来完成一些微控制器的综合性实训。

以《ARM微控制器应用》课程为例，本平台可以实现的典型综合性项目如表3所示。

4结束语

本文设计了一种基于PSoC的电子系统综合实训平台。该平台针对高职学生的学情设计，具有系统的知识结构，实训内容丰富，能满足高职应用电子技术专业学生多门专业课的实践教学需求，也可供其他电子信息类专业学生使用，还可作为学生创新实验和电子设计大赛的开发平台。

参考文献

[1] 雷芳，刘乔寿，刘科征，等.电子技术教学中的PSoC教学平台建设[J].实验室研究与探索，2014，33（12）：183-186.

作者简介

王超素（1983-），女，浙江江山人;毕业院校：宁波大学，专业：电路与系统，学历：硕士，职称：讲师，现就职单位：衢州职业技术学院，研究方向：电子电路与系统控制。