一种模块化多模态电路实验系统的制作方法

1.一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：包括模块化多模态信号采集电路板和存储在主控芯片esp32中的屏幕交互软件程序。

2.根据权利要求1所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述模块化多模态信号采集电路板包括esp32-s3主控芯片、信号调节模块、可变电阻电容模块、adc模块、cpu模块和屏幕。

3.根据权利要求2所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述信号调节模块具有8个插槽、一个信号输入端和一个信号输出端，用于插入各种信号处理模块，每个插槽配备的接触金属条提供±5v电源、地、输入输出、以及iic通信的数据线和时钟线引脚，插槽间以级联的方式连接，前一个插槽的输出可以直接作为后一个插槽的输入，形成一个信号传递的序列，从而实现连续的信号处理，当插槽中没有插入模块时，信号可以通过金手指直接传输，保证信号路径的连续性；

4.根据权利要求3所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：每个所述模拟前端模块的参数数值可调，从而控制同一个模块通过调节参数来适用于采集不同的信号的场景，可调参模块有一阶有源低通滤波器、一阶有源高通滤波器、二阶有源低通滤波器、二阶有源高通滤波器和放大电路，其中一阶有源高通和一阶有源低通具有一个可调电阻和一个可调电容，二阶有源低通和二阶有源高通具有两个可变电阻和两个可变电容，放大电路具有一个可变电阻，其中电阻电容可变的原理为：由atmega328p作为主控制器通过spi通信控制adgs1612bcpz芯片，其与电容矩阵实现电容可变，adgs1612bcpz是具备4个串行控制的单刀单掷开关，动态地将不同的电容连接到电路中，通过开关的不同组合，可以选择性地将电容并联或串联，从而合成所需的等效电容值，实现电容可调，adgs1612bcpz芯片和电容矩阵的组合可以创建一个高度可配置的信号处理平台，能够适应多种不同的电气环境和动态变化的要求，电阻的调控同样由adgs1612bcpz芯片和电阻矩阵实现，与可变电容同理。

5.根据权利要求2所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述可变电阻电容模块为可堆叠模块，其底座包含+5v电源、地以及iic通信的数据线和时钟线引脚，最多可堆叠十层，每个可变电阻电容堆叠模块包含一个可变电阻和一个可变电容，由atmega328p担任主控制器，负责通过其i/o口控制可变电阻和可变电容，atmega328p利用两个i/o口输出片选信号，分别连接至可变电容和可变电阻的芯片选端口，可变电容模块由adgs1612bcpz芯片搭配电容矩阵构成，而可变电阻模块同样采用adgs1612bcpz芯片，配合的是电阻矩阵，通过精确的片选信号控制，atmega328p能够灵活调节电容和电阻的值，输出的电容和电阻由端口引出，可以根据需求选择合适的电阻电容接入电路使用。

6.根据权利要求3所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述adc模块的输入为模拟信号链，能够将模拟信号转换为数字信号，选用ads131m02芯片作为主要芯片，提供了spi接口，允许ads131m02与各种微控制器和处理器进行高效的数据交换，采用贴片晶体振荡器作为一种高精度、高稳定性的时钟源，能够提供稳定的时钟信号，满足ads131m02对时钟信号的需求，将贴片晶振与ads131m02时钟端相连，确保ads131m02在准确的时钟信号驱动下工作，从而实现模拟信号到数字信号的精确转换。

7.根据权利要求6所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述cpu模块选用可编程esp32微控制器作为主控芯片，通过spi通信协议与adc模块进行数据交换，cpu模块和adc模块的数据线和时钟线都通过外部上拉电阻连接到vdd，确保iic总线在没有设备驱动时能够维持稳定的高电平状态，防止数据线在空闲时因浮空而产生不确定的电压状态，从而避免通信错误，通过将cpu模块的spi接口的mosi线、miso线、sclk线与ads131m02芯片的spi相应端口相连，esp32微控制器能够向ads131m02发送控制命令并接收其转换后的数字信号，sclk线提供同步时钟信号，mosi线用于从esp32微控制器向ads131m02发送数据或命令，而miso线则用于从ads131m02读取转换后的数字信号。

8.根据权利要求7所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述主控芯片esp32的两个引脚分别承担iic总线的数据线和时钟线的功能，这两个引脚通过上拉电阻与电源相连，确保在没有数据传输时，线路能够维持高电平状态，随后，这些引脚与可变电阻电容模块底座相连，该模块可能用于信号的调节或滤波，以适应后续的信号处理需求，同时通过tca9548a芯片多路复用与8个模拟插槽相连，这些插槽以级联的方式连接，形成一个信号传递的序列，每个模拟插槽都设计有输入和输出接口，使得前一个插槽的输出可以直接作为后一个插槽的输入，从而实现连续的信号处理，这种设计允许信号在通过各个模拟组件时，可以进行必要的放大、滤波、调制或其他形式的信号调理，以优化信号质量，在信号链的末端，最后一个模拟插槽的输出被直接送往adc模块，adc模块的iic、spi等通信端口与cpu模块相连，cpu模块通过两个专用引脚分别作为串口的txd和rxd的与主控芯片esp32通信，实现反馈，主控芯片esp32同时有两个io口被用作与屏幕串口通信的txd和rxd，与串口屏相连，用于显示系统状态、用户交互或其他信息。

9.根据权利要求1所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述屏幕交互软件程序包括数据接收与发送系统和串口屏幕界面交互，通过iic轮询机制检测各模块设备在线状态，采用界面设计，以图片化方式展示设备状态，提升用户界面的直观性和易用性，软件监测并响应用户在触摸屏幕上的操作，实现人机交互，通过调用iic库和分析串口屏通信协议，软件能够读取设备地址和数据，更新屏幕布置，并实时发送新数据给相应模块，完成触摸式电路参数设置等功能；

10.根据权利要求9所述的一种模块化多模态电路实验系统，其特征在于：所述iic轮询机制检测的各模块设备包括信号调节模块和可变电阻电容模块的设备，为iic通信时可区别可变电阻电容模块和信号调节模块两个模块设备，定义16位iic地址，前8位全为0则代表可变电阻电容模块，此模块为堆叠模块，其后8位从0x03到0x0a之间代表由下往上堆叠的第几个设备，信号调节模块按位选通前8位，代表设备所在8个槽位中的第几个槽位，后8位代表设备类型，从0x23到0x53可拓展，这种地址方案允许在一个iic总线上通过不同的槽位和设备类型来识别和通信不同的模块设备，每个模块设备都有一个唯一的16位地址，确保通信的准确性和区分性；