實操考試設(shè)備說明課件

第六屆信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽

<電子信息技術(shù)競賽平臺說明>教育部教育管理信息中心內(nèi)容安排內(nèi)容安排一、個人賽與團(tuán)體賽決賽部分考試說明二、個人賽與團(tuán)體賽決賽考試平臺介紹三、單片機(jī)核心板介紹四、嵌入式核心板介紹個人賽-決賽說明考試平臺：大賽組委會特別定制的創(chuàng)新實訓(xùn)平臺題型為綜合創(chuàng)新設(shè)計與操作題。題量為1道設(shè)計與操作題，考察綜合運用基礎(chǔ)知識的能力、綜合設(shè)計能力、以及制作與調(diào)試等的動手能力和解決復(fù)雜問題的能力。考試方式:實驗室實際操作?？荚嚂r間為4小時?？荚嚾掌跒?2月4日～5日考試地點定于北京個人賽介紹個人與團(tuán)體決賽實操考試說明考察綜合運用基礎(chǔ)知識的能力、綜合設(shè)計能力、以及制作與調(diào)試等的動手能力和解決復(fù)雜問題的能力。在大賽組委會特別開發(fā)的創(chuàng)新實訓(xùn)平臺上完成電子系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試，并寫出實踐文檔。創(chuàng)新實訓(xùn)平臺上完成下述工作的一個部分或幾個部分，包括：某一單元電路的設(shè)計、安裝與調(diào)試；整機(jī)（系統(tǒng)）指標(biāo)的調(diào)試、使其達(dá)到設(shè)定值（如溫度、壓力等）；修改軟件程序中的某些內(nèi)容，達(dá)到某些技術(shù)指標(biāo)的改變；對某些設(shè)定故障的分析、處理與排除；檢測電路或系統(tǒng)中某些指定點信號的波形與幅值；根據(jù)電路板畫出電路圖；畫出實踐平臺上指定部分或全部的電路組成框圖；寫出實踐文檔。內(nèi)容安排個人賽與團(tuán)體賽決賽

實操平臺介紹創(chuàng)新實訓(xùn)平臺–功能框圖實操考試平臺電源模塊功能：生成所需電源;由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成；輸入電壓：AC220V;輸出電壓：+/-12V,+5V和3.3V;電源變壓器采用采用AC220V輸入，三路AC輸出：AC15V、AC-15V和AC8V.整流電路采用兩個整流橋集成塊；采用電解電容濾波；采用固定三端穩(wěn)壓塊7812、7912和AMS1084等輸出直流電源。實操考試平臺傳感器模塊功能：傳感器信號的采集與調(diào)理平臺提供兩個傳感器模塊槽位，其中一塊輸出信號與信號放大電路連接，另一塊直接與信號變換模塊（AD、DA）連接提供兩個標(biāo)配傳感器模塊，集成溫度、濕度和光敏等傳感器模塊由傳感器電路和信號調(diào)理電路等兩部分組成標(biāo)配傳感器模塊輸出電壓：0—+2.5V標(biāo)配傳感器模塊采用直插分立元件和芯片，便于參賽者焊接調(diào)試平臺提供氣體、壓力等多種選配傳感器模塊平臺提供盲孔板，具有傳感器模塊槽位相同的連接器，便于自行設(shè)計各種傳感器模塊實操考試平臺信號放大模塊功能：集成單端放大電路、共模抑制和差動放大電路此模塊缺省為正向放大電路，通過板載的跳線可改變?yōu)槎喾N放大電路具有可調(diào)放大倍數(shù)(調(diào)節(jié)電阻可調(diào)節(jié)比值)輸入模式：單端與差動輸出電壓：0－+2.5V板載可調(diào)電阻模擬輸入信號實操考試平臺數(shù)字源模塊功能：正弦波、方波、三角波的生成和放大板載采用AD603芯片的寬帶放大電路與DA模塊配合具有數(shù)控增益調(diào)節(jié)功能板載波形生成模塊AD9833采用高速SPI接口，輸出頻率最高到12.5MHz，輸出幅值為38mv-650mv寬帶放大電路的輸入頻率與帶寬：90MHz，－11dB->31dB、

9MHz，9dB->51dB（硬件任意設(shè)定）輸入幅值：不大于3.3V輸出幅值：不大于3.3V外部信號可通過高頻端子輸入，也可通過高頻端子輸出實操考試平臺處理器模塊處理器模塊采用接口統(tǒng)一的多核心板設(shè)計模式模塊化設(shè)計，靈活組合，便于升級和維護(hù)平臺的處理器槽位支持單片機(jī)模塊，ARM模塊，F(xiàn)PGA模塊和DSP模塊等;單片機(jī)模塊，采用siliconlabs公司C8051F02X系列;ARM模塊，采用ST公司ARMCortex-M3系列的STM32F20x處理器;FPGA模塊有兩種供選擇：（1）采用XILINX公司的Spartan-3E系列的XC3S100E芯片。（2）采用ALTERA公司的CycloneIII系列的EP3C25F256芯片。

DSP模塊模塊有兩種供選擇： （1）采用TITMS320F28335DSP處理器。

（2）ADIDSPBF2812處理器。實操考試平臺人機(jī)交互模塊功能：人機(jī)交互功能的顯示、觸摸功能；LCD采用TFT真彩液晶顯示，分辨率為320×240；外部總線接口；4線電阻式觸摸屏；4個8段數(shù)碼管；四個LED發(fā)光二極管,位于核心板。實操考試平臺音、視頻模塊功能：實現(xiàn)平臺的音視頻的采集、存儲和回放；視頻模塊：采用200萬像素CMOS圖像傳感器模塊，可以實現(xiàn)圖像的單幀或?qū)崟r圖像采集；圖像數(shù)據(jù)為ITU656格式；音頻模塊：實現(xiàn)音頻的采集和播放放，采用標(biāo)準(zhǔn)I2S接口。板上有MIC和Speaker(揚聲器)

。實操考試平臺常用有線通訊模塊功能：實現(xiàn)多種有線通訊等功能；RS232可實現(xiàn)實時通訊和ISP接口；CAN2.0B通訊；RS485通訊；標(biāo)準(zhǔn)紅外通訊；標(biāo)準(zhǔn)PS2接口；標(biāo)準(zhǔn)USB2.0OTG功能,支持USB主、從設(shè)備；多課題式模塊化創(chuàng)新實訓(xùn)平臺介紹控制和電機(jī)模塊功能：實現(xiàn)平臺的開關(guān)量輸入輸出信息、步進(jìn)和直流電機(jī)的控制；控制和電機(jī)模塊包括3個模塊，及控制模塊、直流電機(jī)模塊和步進(jìn)電機(jī)模塊；控制模塊包括（1）開關(guān)量輸入輸出電路（DIO）,其中用到光耦隔離。（2）電磁繼電器控制電路。（3）固態(tài)繼電器（SSR）控制電路。直流電機(jī)模塊包括直流電機(jī)控制及測速電路。步進(jìn)電機(jī)模塊包括步進(jìn)電機(jī)控制電路。多課題式模塊化創(chuàng)新實訓(xùn)平臺介紹創(chuàng)新實訓(xùn)平臺1、一套平臺多種訓(xùn)練，由淺入深，靈活多變基本訓(xùn)練：單片機(jī)技術(shù)、ARM技術(shù)、FPGA技術(shù)、DSP技術(shù)和基本電路設(shè)計等綜合訓(xùn)練：音視頻采集，數(shù)據(jù)采集、處理與通訊，無線傳輸電路設(shè)計等2、具有模塊化、開放性特點采用模塊化設(shè)計，靈活組合，便于升級和維護(hù)；通過替換不同的處理器模塊，即可演變?yōu)锳RM綜合實踐平臺、FPGA綜合實踐平臺和DSP綜合實踐平臺，性價比極高，并具有的良好可擴(kuò)展性。可以在該產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，根據(jù)需求定制模塊或者啟動合作項目，開發(fā)新模塊，增加新資源3、多課題式設(shè)計，通過多種模塊的組合，可衍生出多種課題設(shè)計，深入學(xué)習(xí)行業(yè)應(yīng)用的多種原型設(shè)計。4、專用于基本教學(xué)、電子工程綜合訓(xùn)練、課程設(shè)計、電子競賽等實操考試平臺內(nèi)容安排團(tuán)體賽復(fù)賽平臺 單片機(jī)核心板介紹C8051F020處理器是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片，具有64個數(shù)字I/O引腳，具備以下特點。高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核（可達(dá)25MIPS）；全速、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）具有64個數(shù)字IO，均可耐5V，所有內(nèi)部功能模塊在IO上的映射是可配置的。帶有12位、100ksps

的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開關(guān)；帶兩個12位DAC，可編程更新時序；64K字節(jié)Flash，4352字節(jié)的內(nèi)部RAM；可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口；具有5個16為通用定時/計數(shù)器；具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列；具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器，看門狗定時器以及溫度傳感器；具有硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口；內(nèi)部具有可編程振蕩器，能提供2-16MHz的始終，同時帶有實時時鐘功能。C8051F020處理器特點美國Silabs公司推出的C8051F系列單片機(jī)，把C8051F系列單片機(jī)從微控制器（MCU）時代推向片上系統(tǒng)（SOC）時代，使其以8051為內(nèi)核的單片機(jī)上了一個新的臺階，CIP-51內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)8052的所有部件，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了幾項關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體的性能，更易于應(yīng)用。C8051F020單片機(jī)是一種高集成度的SOC型芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令系統(tǒng)完全兼容。除具有標(biāo)準(zhǔn)8052部件外，片內(nèi)還具有數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件及其他數(shù)字外設(shè)部件。既能處理數(shù)字信號也能處理模擬信號，所以稱為混合信號系統(tǒng)級芯片或片上單片機(jī)系統(tǒng)。C8051F020處理器特點中斷系統(tǒng) 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向CIP-51提供22（C8051F3xx為12）個中斷源（標(biāo)準(zhǔn)8051只有7個中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的MCU干預(yù)，卻有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計一個多任務(wù)實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。存儲器

1）C8051F系統(tǒng)單片機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)的8052的程序和數(shù)據(jù)存儲器的地址配置。存儲器包括256B的核內(nèi)RAM，還具有核外1KB～4KB的RAM。程序存儲器包括8KB～128KB的FLASH存儲器。

2）C8051F02X等單片機(jī)中有可用于訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的外部存儲器接口（EMIF）。EMIF可以被配置為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式或非復(fù)用方式。流水線結(jié)構(gòu) 采用流水線結(jié)構(gòu)，使多條指令并行執(zhí)行，大大提高了單片機(jī)的執(zhí)行速度。在相同時鐘下，指令運行速度比一般的80C51系列單片機(jī)提高大約10倍。70％指令的執(zhí)行時間為1個或2個系統(tǒng)時鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期。C8051F020處理器特點模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換 （1）由逐次逼近型ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。ADC工作在100ksps的最大采樣速率時可提供真正的8位、10位或12位精度。ADC完全由CIP-51通過特殊功能寄存器控制，系統(tǒng)控制器可以關(guān)斷ADC以節(jié)省功耗。（2）還有一個15ppm的電壓基準(zhǔn)和內(nèi)部溫度傳感器，并且8個外部輸入通道的每一對都可被配置為兩個單端輸入或一個差分輸入。（3）可編程增益放大器接在模擬多路選擇器之后，增益可以用軟件設(shè)置，從0.5到16以2的整數(shù)次冪遞增。當(dāng)不同ADC輸入通道之間輸入的電壓信號范圍差距較大或需要放大一個具有較大直流偏移的信號時（在差分方式，DAC可用于提供直流偏移），這個放大環(huán)節(jié)是非常有用的。（4）內(nèi)部有兩個12位電壓輸出DAC，MCU可以將任何一個DAC置于低功耗關(guān)斷方式。DAC具備靈活的輸出更新機(jī)制，允許用軟件命令和定時器2、定時器3及定時器4的溢出信號更新DAC輸出。DAC在作為比較器的參考電壓或為ADC差分輸入提供偏移電壓時非常有用。并行接口

I/O端口的通用基本輸入輸出特性與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容，I/O端口的部分引腳可通過軟件配置成不同的特殊功能。這樣極大提高了端口配置的靈活性。串行接口

具有全雙工UART串行口之外，還增加了SPI總線和SMBus/I2

總線。C8051F020處理器特點多種復(fù)位方式（1）提供7種復(fù)位源：片內(nèi)VDD監(jiān)視器、看門狗定時器、時鐘失效檢測器、由比較器0提供的電壓檢測器、軟件強(qiáng)制復(fù)位、CNVSTR引腳及RST引腳。（2）多復(fù)位源提高了系統(tǒng)的安全性、靈活性，并有利于零功耗設(shè)計。降低系統(tǒng)功耗的多種方法：（1）采用3V（電壓范圍2.7V至3.6V）供電；（2）完善時鐘系統(tǒng)，在滿足響應(yīng)速度的要求下，使系統(tǒng)的平均時鐘頻率最低，降低了功耗；（3）多種復(fù)位源，可使系統(tǒng)在掉電情況下，方便活地重新復(fù)位；（4）片上外設(shè)都能單個關(guān)閉或全部關(guān)閉以節(jié)省功耗。C8051F020處理器特點C8051F020核心板特點–功能框圖單片機(jī)核心板介紹C8051F020核心板特點–實物圖以及標(biāo)注

1、JTAG調(diào)試接口2、IO驅(qū)動LED3、22MHz時鐘晶振4、C8051F202微控制器55、配置指示燈6、復(fù)位開關(guān)7、5V-3.3V電源轉(zhuǎn)換芯片8、電源指示燈9、USB接口10，5V電源接口、11&12、擴(kuò)展IO接口

單片機(jī)核心板介紹743109165

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1282C8051F020核心板特點–實物圖以及標(biāo)注

單片機(jī)核心板介紹13

13、FT232USB轉(zhuǎn)串口芯片單片機(jī)核心板介紹C8051F020核心板特點–功能說明JTAG調(diào)試接口C8051F020具有片內(nèi)JTAG邊界掃描和調(diào)試電路，通過核心板上的JTAG接口可以進(jìn)行非入侵式的，全速的在系統(tǒng)調(diào)試。單片機(jī)核心板介紹C8051F020核心板特點–功能說明時鐘源外部提供一22.1184MHz穩(wěn)定時鐘源，供單片機(jī)芯片使用

單片機(jī)核心板介紹C8051F020核心板特點–功能說明USB接口

核心板上提供一USB接口，通過FT232RL芯片進(jìn)行串口轉(zhuǎn)換，可以與PC機(jī)進(jìn)行串口通信，同時該USB接口也可為核心板供電單片機(jī)核心板介紹C8051F020核心板特點–功能說明

擴(kuò)展IO接口

C8051F020有按8位端口組織的64個數(shù)字IO引腳，同時還有片內(nèi)AD，DA和電壓比較器的接口引腳，通過兩個2*42pin的接插件將其全部引出，可供開發(fā)者充分利用。內(nèi)容安排團(tuán)體賽復(fù)賽平臺 嵌入式核心板介紹STM32F103處理器介紹STM32F103處理器2V-3.6V

供電電壓5VI/Os電壓容限出色的時鐘安全模式帶有喚醒功能的低功耗模式內(nèi)部RC嵌入的RESET-40/+85°C（工業(yè)級）CORTEXM3CPU

72MHz6kB-64kBSRAMARMPeripheralBus(max72MHz)2x12-bitADC

16channels/1Msps1/2xI2C0/1xSPI1/2/4xUSART/LIN

Smartcard/IrDa

ModemControl32/49/80*I/OsUpto16Ext.ITsFlashI/F32kB-512kB

FlashMemoryTempSensor1xUSB2.0FS1xbxCAN2.0B6x16-bitPWM

SynchronizedACTimer2xWatchdog

(independent&window)2/3/5x16-bitTimerExternalMemoryInterface**JTAG/SWDebugXTALoscillators

32KHz+4~16MHzPowerSupply

Reg1.8V

POR/PDR/PVDDMA

3to11*ChannelsNestedvectITCtrl2xSPI/I2S**2xDAC**1xSDIO**ImageSensor**1xUSART/LIN

Smartcard/IrDa

Modem-Ctrl1xSPIBridgeBridge1xSysticTimerARMLiteHi-SpeedBus

Matrix/Arbiter(max72MHz)Int.RCoscillators

32KHz+8MHzPLLClockControlRTC/AWUARMPeripheralBus(max36MHz)20BBackupRegsSTM32F103處理器介紹STM32處理器STM32采用雙APB（先進(jìn)外設(shè)總線）結(jié)構(gòu)，每條總線都是高速APB總線（最高可到CPU的頻率）。外設(shè)通過連接到這種總線結(jié)構(gòu)提高了外設(shè)的速度。STM32先進(jìn)的外設(shè)Cortex-M3處理器集成了內(nèi)核和高級系統(tǒng)外設(shè)的分級處理器Cortex-M3內(nèi)核哈佛體系結(jié)構(gòu)擁有分支預(yù)測功能的三級流水線

Thumb?-2指令集和傳統(tǒng)的Thumb指令集帶有硬件除法和單信號周期乘法的ALUCortex-M3處理器Cortex-M3內(nèi)核可配置的中斷控制器總線矩陣先進(jìn)的調(diào)試組件可選擇的MPU&ETMCortex-M3處理器概述哈佛結(jié)構(gòu)指令總線和數(shù)據(jù)總線分離，允許并行地取指和數(shù)據(jù)存儲1.25DMIPS/MHz，0.19mW/MHzThumb-2指令集擁有32位的性能和16位的代碼密度單周期乘法和硬件除法Cortex-M3核內(nèi)部集成了嵌入式高速中斷控制器：低中斷響應(yīng)時間，最低可達(dá)6個CPU周期（內(nèi)部中斷）從低功耗模式被喚醒也只需6個CPU周期相比于ARM7TDMI，Cortex-M3內(nèi)核要快35%且減少了45%的代碼Cortex-M3處理器概述三級流水線

-取指，解碼和執(zhí)行單信號周期乘法硬件除法

-UDIV&SDIV-指令執(zhí)行需要2到12周期，取決與被除數(shù)與除數(shù)

-兩者越相近指令完成越快

-指令可以被中斷（丟棄/重啟）Cortex-M3處理器概述132b32bx16b3-7*64b32bx32b132b32bx32b132b16bx16bCyclesDestinationSourceCortex-M3VSARM7:主要參數(shù)比較1.25Thumb-20.74Thumb/0.93ARMDMIPS/MHzxPSR.2modes.Stackedregs(1bank)PSR.6modes.20Bankedregs系統(tǒng)狀態(tài)ArchitectureDefinedUndefined存儲器印射Three

No睡眠模式12Cycles(6whenTailChaining)24-42Cycles(DependingonLSM)中斷響應(yīng)時間NMI,SysTickandupto240interrupts.IntegratedNVICInterruptControllerupto1-255PrioritiesFIQ/IRQ中斷3-Stage+BranchSpeculation3-Stage流水線Thumb-2(Merged32/16-bit)ARM(32-bit)&Thumb(16-bit)指令集v7Mv4T體系結(jié)構(gòu)Cortex-M3ARM7TDMI-SCortex-M3附加的特性簡化了跟蹤調(diào)試接口的管腳，從9腳減少到2或3腳硬件中斷處理不需要匯編代碼綜合的原子位操作改進(jìn)了數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展的數(shù)據(jù)觀測點&Flash保護(hù)技術(shù)嵌入式的睡眠控制和掉電模式可選擇的小型的存儲器保護(hù)單元(MPU)和嵌入式跟蹤宏單元(ETM)出色的功耗表現(xiàn)高性能并不等于高功耗，STM32提出3種主要的能耗方案：Run模式：高動態(tài)功效Standby模式：極低的功耗能夠工作在由電池直接供電的低電壓狀態(tài)下在Run模式下，以最高的72MHz速度全速在FLASH中運行,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能夠提供2.0到3.6V的電源電壓STM32擁有三種不同的低功耗模式和一個通用的超頻方案使用戶可以相對于性能優(yōu)化功耗。STM32內(nèi)部嵌入了一個實時時鐘（RTC），它可以由一個32KHz的石英晶振或內(nèi)部RC提供。實時時鐘擁有自己獨立的供電部分，可以由一個專門的紐扣電池或主電源相互交替供電。它的典型功耗值在3.3V時為1.5uA。且?guī)в?0B的數(shù)據(jù)備份區(qū)。從低功耗模式啟動的啟動時間典型值比從Stop模式啟動的啟動時間短10us，而從Standby模式重啟時間典型值為40us。出色的功耗表現(xiàn)可以在2.0-3.6V的低電壓運行Run模式運行在FLASH中功效為0.5mA/MHz從Stop啟動<10us從Standby啟動為40us復(fù)位電路始終有效出色的功耗表現(xiàn)STM32F10x:LowpowerSTM32F103核心板特點CPU：STM32F103ZET6,ARMCortex-M3內(nèi)核,512kBFlash,64KBSRAM, 最高工作時鐘72MHz,100腳512K×16位（8Mbit）NORFLASH256K×16位SRAM128K×8位EEPROM數(shù)字溫度傳感器標(biāo)準(zhǔn)ARMJTAG20PIN仿真接口座(方便連接JLINK等主流仿真器)8MHz和32.768KHz晶體一個用戶按鍵，用于系統(tǒng)復(fù)位兩個用于啟動控制的跳針?biāo)蠭O口均引出，方便接外部電路做實驗PCB尺寸:100mm×74mm數(shù)字溫度傳感器DS18B20嵌入式核心板介紹STM32F103核心板特點–功能框圖嵌入式核心板介紹STM32F103核心板–實物圖嵌入式核心板介紹STM32F103核心板–實物圖嵌入式核心板介紹嵌入式核心板介紹板上設(shè)有一個用戶按鍵用于系統(tǒng)復(fù)位，復(fù)位信號為低有效；系統(tǒng)復(fù)位時將ARM芯片的nRST

腳拉低；通過一個10K的上拉電阻，使得系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)值為高；系統(tǒng)用一個簡單的RC充電電路實現(xiàn)上電復(fù)位；STM32F103核心板特點-系統(tǒng)復(fù)位嵌入式核心板介紹STM32F103核心板特點-EEPROMEEPROM采用24LC01芯片容量為128K×8位小巧的8腳SOIC封裝嵌入式核心板介紹STM32F103核心板特點-SRAM采用256K×16位SRAM芯片IS61LV25616嵌入式核心板介紹STM32F103核心板特點-NORFLASH采用512K×16位（8Mbit）NORFLASH芯片SST39LF800A454嵌入式核心板介紹STM32F103核心板特點-NANDFLASH采用1GbNANDFLASH芯片K9F1G08U0M-Y,P嵌入式核心板介紹STM32F103核心板特點-LED燈用4位PF總線驅(qū)動4個藍(lán)色LED作為跑馬燈，它們是PF6、PF7、PF