定制印刷電路板

1、 定制印刷電路板設(shè)計微控制器教育由RYAN ANDREW TAYLORD. JEFF JACKSON，委員會主席KENNETH G. RICKSMONICA ANDERSON著成摘要：大量的時間和精力已經(jīng)花費在試圖發(fā)現(xiàn)最佳方法關(guān)于單片機的教育問題之中。在電氣和計算機工程系（ECE）的課程中，更多地考慮到的是硬件接口技術(shù)的話題。對于潛在的計算機工程師而言，這是一個重要的概念掌握，由于它在目前的技術(shù)狀態(tài)的重要意義。不幸的是，在許多課程中，學(xué)生被引入到數(shù)字電路中，并立即被推入接口，這是由于時間在傳統(tǒng)四年的學(xué)術(shù)生涯中產(chǎn)生的壓力。通常情況下，學(xué)生的單片機操作的基本知識的理解和控制不能達(dá)到一個令人滿意的程

2、度，在學(xué)生將使用一個處理器來控制其他更復(fù)雜的系統(tǒng)之前。本片論文試圖編譯出一個解決方案，在一個學(xué)生精通單片機操作的同時開始從事額外的接口需求工作。一個印刷電路板（PCB）樣機已組裝用于和國際電子器件研發(fā)公司ELVIS原型系統(tǒng)工作來試圖緩解這一問題。這臺樣機子卡靠在ELVIS系統(tǒng)的電路試驗板區(qū)域的頂部，并且允許學(xué)生訪問所有的工具和接觸，這將不需要獲得卡。要求學(xué)生們對一個全功能的單片機系統(tǒng)來進行必需的鏈接，而不是使用預(yù)制單片機開發(fā)板的方法。當(dāng)時用像這樣的板子的時候，學(xué)生們可能無法理解各個部件和它們之間的相互連接。連接部件的這個過程要求學(xué)生了解微控制器和外圍設(shè)備（多個）之間的物理接口。從這項研究結(jié)果預(yù)

3、計得出外圍接口能力的增加和在更復(fù)雜的課程上的更大程度的成功伴隨著全部課程。通過允許學(xué)生在一個較低的水平與接口進程交互，獲得基于微控制器的系統(tǒng)和外圍接口的一個更完整的理解。獻辭 本文獻給所有那些支持我的人們和我實現(xiàn)我生命的這一具有里程碑意義的目標(biāo)。具體來說，我想它獻給我的家人和那些在送往完成這項工作的時候幫助了我在某種程度上的朋友。第一章背景和設(shè)計MCUPC的動機大量的時間和精力已經(jīng)花費在試圖發(fā)現(xiàn)最佳方法關(guān)于單片機的教育問題之中。教學(xué)微控制器的方法和過程是潛在的電氣和計算機工程師和計算機科學(xué)家的教育重要組成部分。透過各種各樣教這些概念的機構(gòu)來看，他們的方法不同。然而,主要焦點和話題的輪廓是必要的

4、,在這個層次上保持不變。在本科課程計算機工程專業(yè)的學(xué)生傳統(tǒng)的前提流期間，學(xué)生往往學(xué)習(xí)單片機主題在一個標(biāo)準(zhǔn)的順序和過渡。在阿拉巴馬大學(xué)，學(xué)生們開始他們面向在ECE285設(shè)計單片機系統(tǒng)工作，其中涵蓋著C語言編程。然后，學(xué)生們繼續(xù)面向在ECE308課程上的單片機系統(tǒng)工作。根據(jù)【1】，本課程涵蓋的主題包括數(shù)字系統(tǒng)，布爾代數(shù)和組合邏輯和時序邏輯系統(tǒng)。本課程奠定了基礎(chǔ)，并準(zhǔn)備給學(xué)生被標(biāo)記為ECE383的第一個微控制器程序。本課程涵蓋微控制器，匯編語言程序設(shè)計，中斷，硬件接口，以及其他相關(guān)主題。除了這些課程，學(xué)生預(yù)計將與微控制器和外設(shè)接口話題足夠熟悉而把他們的技能付諸實踐的課程，如ECE480 ECE484

5、，和ECE486，這在一個更復(fù)雜的層面討論的微控制器系統(tǒng)2, 3。這是ECE教育正常本科課程的傳統(tǒng)格式和進展。這個進展相當(dāng)嚴(yán)格，因為事實上，學(xué)生必須掌握這個介紹材料，以便成功實現(xiàn)更復(fù)雜的微控制器系統(tǒng)。在愛荷華州立大學(xué)電子與計算機工程系，第一道課程即采用ECE本科大二級別學(xué)生被是叫CPRE288：嵌入式系統(tǒng)I：介紹。本課程涵蓋了嵌入式硬件模型，在C和匯編級別嵌入式編程，以及輸入和輸出（I / O）簡單和高級外圍設(shè)備的接口。只有這樣，這個學(xué)生分別移動到比較困難的關(guān)于CPRE 488和CPRE 588 課程中，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和嵌入式計算機系統(tǒng)，而后者是一個研究生水平的課程。這些課程涵蓋素材需要大二級

6、課程的前提資料，非常類似于在阿拉巴馬大學(xué)ECE383和高級課程ECE480 ECE484和486 ECE的關(guān)系。如本文件中所討論的，以及在5中，因為上等水平課程中假設(shè)一個足夠的背景在有關(guān)的硬件和外設(shè)接口的主體，所以這些主題必須在一個ECE課程的計算機工程序列開始被覆蓋。這些入門課程讓學(xué)生熟悉一下使用半復(fù)雜單片機系統(tǒng)及其設(shè)計和結(jié)構(gòu)。學(xué)生們隨后進入了終端的課程帶著從工作中得來的良好基礎(chǔ)。在一個ECE本科課程，并且更具體地，在此介紹微控制器課程，該方法和接近教學(xué)材料的方法具有比材料本身更多的自由。微電腦技術(shù)創(chuàng)新體系，由6的建議，討論了四個主要部分組成，以單片機課程的系統(tǒng)化設(shè)計：理論教學(xué)，實驗教學(xué)，工

7、程設(shè)計與實踐，以及課程外科學(xué)活動。前三個分量應(yīng)用到引言單片機課程本身。第四個涉及的選修課程，可以跟從第一個。實際上，這三個組件分別可以用來描述有關(guān)課程講座，實施例和實驗作業(yè)。雖然傳統(tǒng)的課程教學(xué)圍繞這三種方法,但是用于實現(xiàn)設(shè)計的工具被廣泛的自由裁量權(quán)留給機構(gòu)。講座是相當(dāng)有條理和不靈活的，可以采取任何實際的方法之前，必須將材料進行討論。在這些講座中，或許在學(xué)生的閑暇，實例可給予指導(dǎo)學(xué)生朝著所期望的結(jié)果在一場指導(dǎo)實踐經(jīng)驗的討論中。這些例子再次得到公平在本質(zhì)上成立是因為與許多學(xué)生在一次處理處于初級階段課程的管理員。然而，與實驗室任務(wù)相關(guān)的課程急需給講師提供一片靈活的區(qū)域。該任務(wù)可以被模制，并通過會話轉(zhuǎn)

8、移到為用戶提供一個獨一無二的以及新鮮實驗室的經(jīng)驗。困難中的主題這一系列問題在這種類型的課程形式被使用當(dāng)學(xué)生面臨通過實驗室作業(yè)覆蓋匯編語言程序的工作的任務(wù)，在一定的復(fù)雜性，并在同一時間微控制器外圍接口來。在2003年的秋天，在密西西比州立大學(xué)的電子與計算機工程系展開了一個過程來解決這個問題。在此之前的時間，在介紹單片機過程中成立了以這種方式，重點突出中的重點放在匯編語言編程。本課程已修改為討論匯編編碼，但有多數(shù)人把焦點放在對嵌入式系統(tǒng)的概念和設(shè)計原型，包括硬件接口面向主題，同時采用C語言編程作為選擇的主要語言。通過像這樣的焦點，更復(fù)雜的接口的任務(wù)都能夠通過學(xué)生實驗任務(wù)完成。在作者的話7中，“抓住

9、硬件接口的問題不增加以匯編語言編碼應(yīng)用的額外的復(fù)雜性是非常困難的。”開始構(gòu)建和設(shè)計課程包括指令的所有方面（講座，實施例，和實驗室分配），合適的硬件必須選擇以調(diào)整學(xué)生的作業(yè)。在許多情況下，如7，則選擇一個較大的微控制器單元（MCU）開發(fā)套件討論，包括微控制器和在船上所有外圍設(shè)備。這是在阿拉巴馬大學(xué)的電子和計算機工程系已使用在過去幾年的設(shè)計格式。從EVBplus的Dragon12-PLUS MCU一直是歐洲經(jīng)委會383實驗任務(wù)已建成周圍的主要硬件2，3，8。這可能是在單片機和外設(shè)接口的基本面的把握的下降做出了貢獻。可能的原因有可能包括當(dāng)與MCU工作，或者可能該學(xué)生正在與該設(shè)備的絕對幅值時在物理視線

10、的用戶缺少連接。該工作的分配學(xué)生尚未作出向外圍設(shè)備（多個）來自微控制器的物理線路連接的事實.如果是要求學(xué)生他們自己做這些連接，他們將會獲得對這些話題有更多的基本了解。最近,不僅增加了學(xué)生們的知識和對單片機系統(tǒng)的認(rèn)識和了解,并且還在相關(guān)課程上獲得了成功，其他的替代品也已經(jīng)被找到用于五個主要設(shè)備中并在實驗室課程中利用。古普塔和丘9討論了在新西蘭梅西大學(xué)的講師在搜索同樣的解決方案時的過程。在這篇文章中，這個單片機一列所需的特征列舉并討論。講師選擇SILABS C8051F020單片機原因，在很大程度上是因為時間和預(yù)算的限制。因為他們選擇的特定模型包含少數(shù)的外圍設(shè)備除了一個按鈕，一個LED燈以及一個設(shè)計好的擴展版。來自梅西大學(xué)的研究人員設(shè)計了一個擴展板，建立在他們已經(jīng)購買了SILAB MCU的頂部，用來增添他們渴望的