專利名稱：Isp實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)教學(xué)儀器，特別是一種ISP(在系統(tǒng)編程)實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
目前大專院校電子信息類專業(yè)常用同類產(chǎn)品有EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)實(shí)驗(yàn)儀或稱EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在教學(xué)使用中我們發(fā)現(xiàn)存在以下缺點(diǎn)1.缺少電氣保護(hù)措施，實(shí)驗(yàn)中誤操作易損壞儀器，2.下載配置模塊不合理，JTAG接口一般直接與PC機(jī)插接，實(shí)驗(yàn)中需要較長(zhǎng)的編程電纜(而該電纜一般不能超過(guò)1.5米)，給使用帶來(lái)不方便，3.使用普通按鍵，輸出有抖動(dòng)現(xiàn)象，無(wú)法產(chǎn)生嚴(yán)格的單脈沖。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是要克服現(xiàn)有EDA實(shí)驗(yàn)儀所存在的上述幾方面問(wèn)題，提供一種新的ISP(在系統(tǒng)編程)實(shí)驗(yàn)儀，以取代EDA實(shí)驗(yàn)儀。
本實(shí)用新型的具體方案是ISP實(shí)驗(yàn)儀，它包括有FPGA模塊，與其分別連接有LED數(shù)碼管，ROM存儲(chǔ)器，矩陣按鍵，開(kāi)關(guān)按鍵，晶振時(shí)鐘源，連續(xù)可調(diào)時(shí)鐘源，并設(shè)置有電源模塊，功率驅(qū)動(dòng)繼電器模塊，AD/DA模塊，模擬信號(hào)源模塊，RS232串行通信模塊，ISP/JTAG下載接口，備有通用芯片接口擴(kuò)展區(qū)，特別是a.在所述電源模塊中增設(shè)了場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)限流保護(hù)電路；b.增設(shè)了ISP/JTAG下載接口電路；c.在所述開(kāi)關(guān)按鍵模塊中加入施密特去抖動(dòng)電路；d.增加ISP單片機(jī)模塊，采用完整地址的總線模式同F(xiàn)PGA接口，并連接有RS232串行通信模塊以及ISP/JTAG下載接口。
本實(shí)用新型改進(jìn)后具有以下特點(diǎn)a.由于電源部分具有限流保護(hù)功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路故障，自動(dòng)斷電，同時(shí)聲音報(bào)警，排除故障后，手動(dòng)對(duì)電源復(fù)位，恢復(fù)供電。這樣最大限度防止了由于學(xué)生的誤操作而導(dǎo)致芯片損壞，實(shí)驗(yàn)箱損壞的后果，延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)箱的使用壽命。
b.增設(shè)了ISP/JTAG下載接口電路，將該接口電路直接設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)儀主板上，使本實(shí)驗(yàn)儀與PC機(jī)的連接距離不受限制。
c.集成了ISP(在系統(tǒng)編程)單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)共享實(shí)驗(yàn)箱的硬件資源可以開(kāi)設(shè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，特別適合做單片機(jī)與可編程邏輯器件綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，可以作為大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練平臺(tái)用。
d.開(kāi)關(guān)按鍵增加了去抖動(dòng)電路，使得按鍵脈沖實(shí)現(xiàn)真正的單脈沖。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是本實(shí)用新型中的ISP單片機(jī)系統(tǒng)電路圖；圖3是本實(shí)用新型電路保護(hù)原理方框圖；圖4是本實(shí)用新型電路保護(hù)電路圖；圖5是本實(shí)用新型單脈沖按鍵電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型單元電路預(yù)分配連接布置圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型由以下單元電路組成，F(xiàn)PGA模塊(含掉電保護(hù)電路)，系采用EPIK30TC144-3芯片，ISP單片機(jī)系統(tǒng)，8位數(shù)碼管顯示單元，8×8LED點(diǎn)陣單元，8×2發(fā)光二極管單元，AD、DA單元，ROM單元，4×4矩陣按鍵單元，脈沖按鍵單元，有源晶振時(shí)鐘源和連續(xù)可調(diào)時(shí)鐘源單元，串行通信接口單元，大功率驅(qū)動(dòng)和繼電器模塊，通用芯片擴(kuò)展模塊，ISP/JTAG下載模塊，并備有電源模塊。
各模塊間主要連接關(guān)系是8位數(shù)碼管采用段位并聯(lián)模式，同F(xiàn)PGA模塊通用IO引腳相連，8×8LED點(diǎn)陣單元、8×2發(fā)光二極管單元、蜂鳴器、8×8按鍵單元、脈沖按鍵單元分別同F(xiàn)PGA模塊通用IO引腳相連，有源晶振輸出接FPGA全局時(shí)鐘輸入引腳，ROM單元電路以總線(地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線)模式同F(xiàn)PGA模塊相連。ISP下載模塊通過(guò)IO芯電纜可選擇同F(xiàn)PGA模塊和ISP單片機(jī)模塊相連。ISP單片機(jī)自帶地址鎖存器，采用完整地址(16bit)總線模式同F(xiàn)PGA模塊接口。其他模塊都對(duì)外開(kāi)放引腳，可根據(jù)需要采用跳線相連。
特別是在本實(shí)用新型中1.電源限流保護(hù)方案考慮到學(xué)生在使用實(shí)驗(yàn)箱時(shí)經(jīng)常會(huì)誤操作，不帶保護(hù)的實(shí)驗(yàn)箱特別容易損壞。在電源設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了種種誤操作，設(shè)計(jì)了有效的保護(hù)電路，具有過(guò)載(電流超過(guò)預(yù)定值)自動(dòng)斷電功能，采用純電子開(kāi)關(guān)控制，過(guò)流關(guān)斷反應(yīng)速度快，同時(shí)聲音報(bào)警，故障排除后手動(dòng)復(fù)位既恢復(fù)正常。這樣完全排除了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中誤操作導(dǎo)致芯片燒毀的事件發(fā)生，最大限度的保護(hù)延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)箱的使用壽命。
其電路保護(hù)原理參見(jiàn)圖3，圖中粗箭頭表示電流回路，在回路中串入一場(chǎng)效應(yīng)管(SS6N60A)作為開(kāi)關(guān)控制部件，電路正常時(shí)，斷路觸發(fā)電路輸出高電平維持場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電路回路正常，場(chǎng)效應(yīng)管兩端(負(fù)載地和電源地)壓降為0.25V，即正常電壓取樣0.25V；當(dāng)負(fù)載電路出現(xiàn)故障導(dǎo)致電流增大時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管兩端的電壓會(huì)升高，該電壓信號(hào)反饋給斷路觸發(fā)電路作為取樣電壓，當(dāng)該取樣電壓超過(guò)某一事先設(shè)定的值后，斷路觸發(fā)電路作用，輸出低電平使場(chǎng)效應(yīng)管斷開(kāi)，同時(shí)打開(kāi)蜂鳴器報(bào)警，回路斷開(kāi)后，取樣電壓自舉升高，使得斷路觸發(fā)電路繼續(xù)維持輸出低電平，場(chǎng)效應(yīng)管保持開(kāi)路，負(fù)載電路得到保護(hù)，當(dāng)負(fù)載電路故障排除后，復(fù)位電路重新使電路恢復(fù)正常。其具體電源保護(hù)電路結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖4。
2.整合了ISP(在系統(tǒng)編程)單片機(jī)模塊，參見(jiàn)圖2。
a.以前單片機(jī)開(kāi)發(fā)需要專門(mén)的編程器和仿真器，隨著ISP(InSystem Program，在系統(tǒng)編程)單片機(jī)的出現(xiàn)，單片機(jī)編程變得如此簡(jiǎn)單，而且不再需要專門(mén)的編程器，本實(shí)驗(yàn)箱主板集成了ISP單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)共享實(shí)驗(yàn)箱上的硬件資源，配合FPGA強(qiáng)大的外圍硬件設(shè)計(jì)，使得本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以完成一般單片機(jī)接口實(shí)驗(yàn)和復(fù)雜單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
b.ISP單片機(jī)系統(tǒng)電路如圖 所示，除了單片機(jī)最小系統(tǒng)(單片機(jī)芯片，時(shí)鐘晶振，復(fù)位電路)以外，還包括以下幾部分P1口擴(kuò)展了LED排，ISP下載接口，P0口外接地址鎖存器，以總線方式對(duì)外開(kāi)放接口。
c.在本實(shí)驗(yàn)儀中，直接配備ISP/JTAG下載接口電路。
3.設(shè)置單脈沖按鍵方案其電路原理圖參見(jiàn)圖5。
原理分析利用電阻、電容充放電，過(guò)濾掉按鍵產(chǎn)生的多次抖動(dòng)，同時(shí)利用施密特(74HC14)整形后產(chǎn)生嚴(yán)格的單脈沖輸出。
4.本實(shí)用新型中根據(jù)單元電路功能要求，基于FPGA芯片引腳可編程配置功能，事先將各單元電路輸入輸出進(jìn)行合理分配，將需要連接的引腳靠近，使用DIP排針引出，方便使用配套“短路冒”連接，同時(shí)兼顧了開(kāi)放與連接。參見(jiàn)圖6。
權(quán)利要求1.本實(shí)用新型是教學(xué)用的一種ISP實(shí)驗(yàn)儀，它包括有FPGA模塊，與其分別連接有LED數(shù)碼管，ROM存儲(chǔ)器，矩陣按鍵，開(kāi)關(guān)按鍵，晶振時(shí)鐘源，連續(xù)可調(diào)時(shí)鐘源，并設(shè)置有電源模塊，功率驅(qū)動(dòng)繼電器模塊，AD/DA模塊，模擬信號(hào)源模塊，RS232串行通信模塊，ISP/JTAG下載接口，備有通用芯片接口擴(kuò)展區(qū)，其特征是a.在所述電源模塊中增設(shè)了場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)限流保護(hù)電路；b.增設(shè)了ISP/JTAG下載接口電路；c.在所述開(kāi)關(guān)按鍵模塊中加入施密特去抖動(dòng)電路；d.增加ISP單片機(jī)模塊，采用完整地址的總線模式同F(xiàn)PGA接口，共享ISP/JTAG下載接口編程。
專利摘要本實(shí)用新型是教學(xué)用的一種ISP實(shí)驗(yàn)儀，它包括有FPGA模塊，與其分別連接有LED數(shù)碼管，ROM存儲(chǔ)器，矩陣按鍵，開(kāi)關(guān)按鍵，晶振時(shí)鐘源，連續(xù)可調(diào)時(shí)鐘源，并設(shè)置有電源模塊，功率驅(qū)動(dòng)繼電器模塊，AD/DA模塊，模擬信號(hào)源模塊，RS232串行通信模塊，ISP/JTAG下載接口，備有通用芯片接口擴(kuò)展區(qū)，特別是a.在所述電源模塊中增設(shè)了場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)限流保護(hù)電路；b.在所述開(kāi)關(guān)按鍵單元電路中加入了施密特去抖動(dòng)電路；b.增設(shè)了ISP/JTAG下載接口電路；d.增加了ISP單片機(jī)模塊，可以采用完整地址的總線模式同F(xiàn)PGA連接；本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中缺少電氣保護(hù)措施，下載接口配置布局不合理等問(wèn)題，特別適合于大專院校電子信息專業(yè)進(jìn)行EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK2914224SQ200620096348
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者田開(kāi)坤, 徐海霞, 彭琦 申請(qǐng)人:湖北師范學(xué)院