專利名稱：一種fpga教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及控制技術(shù)，更具體地說，涉及一種FPGA教學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
FPGA (Field - Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)是在 PAL、GAL、 CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的 一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù) 有限的缺點。在FPGA教學(xué)系統(tǒng)中，通常以硬件描述語言(Verilog或VHDL)所完成的電路設(shè) 計，經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速地?zé)浿罠PGA上進行測試。目前FPGA應(yīng)用型人才的需求特別大，而傳統(tǒng)的FPGA教學(xué)系統(tǒng)通常是一個實驗 箱，硬件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且不能直觀地展現(xiàn)以硬件描述語言所完成的電路設(shè)計實驗項目， 往往使初學(xué)者望而生畏，無從下手，失去學(xué)習(xí)FPGA的信心；另外，這樣的實驗箱通常價格不 菲，少則幾千元，多則幾萬元。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述FPGA教學(xué)系統(tǒng)硬件結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴的缺陷，提供一種硬件結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的FPGA教學(xué)系統(tǒng)。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種FPGA教學(xué)系統(tǒng)，包括 FPGA，還包括分別與所述FPGA連接的輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和總線接口。在本實用新型所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)中，所述輸入設(shè)備包括分別與所述FPGA連接 的矩陣鍵盤、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口。在本實用新型所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)中，所述矩陣鍵盤為8*8矩陣鍵盤。在本實用新型所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)中，所述輸出設(shè)備包括分別與所述FPGA連接 的數(shù)碼管、LED燈、液晶顯示接口、標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口、揚聲器。在本實用新型所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)中，所述總線接口包括分別與所述FPGA連接 的網(wǎng)絡(luò)接口、串行口、I2C總線接口、單總線接口、SPI總線接口。實施本實用新型的FPGA教學(xué)系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低，且可以直觀地展現(xiàn)以 硬件描述語言所完成的電路設(shè)計實驗項目，增強了初學(xué)者學(xué)習(xí)FPGA的信心。

下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型FPGA教學(xué)系統(tǒng)實施例一的邏輯圖；圖2是本實用新型FPGA教學(xué)系統(tǒng)實施例二的邏輯圖。
具體實施方式
如圖1所示，在本實用新型的FPGA教學(xué)系統(tǒng)實施例一的邏輯圖中，該FPGA教學(xué)系 統(tǒng)包括FPGA 100、輸入設(shè)備200、輸出設(shè)備300和總線接口 400。其中，輸入設(shè)備200、輸出 設(shè)備300和總線接口 400分別與FPGA 100連接。在圖2示出的本實用新型的FPGA教學(xué)系統(tǒng)實施例二的邏輯圖中，該FPGA教學(xué)系 統(tǒng)包括FPGA 100、輸入設(shè)備200、輸出設(shè)備300和總線接口 400。其中，輸入設(shè)備200包括 分別與所述FPGA 100連接的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口 201和矩陣鍵盤202。例如，將一個標(biāo)準(zhǔn)鍵盤通 過該標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口 201接入該FPGA教學(xué)系統(tǒng)，以實現(xiàn)信息的輸入。矩陣鍵盤202是8*8矩 陣鍵盤。輸出設(shè)備300包括分別與FPGA 100連接的數(shù)碼管301、LED燈302、液晶顯示接口 303、標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口 304、揚聲器305。數(shù)碼管301的數(shù)量可為8個，以8個數(shù)碼管的顯示 來展現(xiàn)實驗項目的結(jié)果。LED燈302可以是8個LED流水燈，以8個LED流水燈的亮滅來展 現(xiàn)實驗項目的結(jié)果?？偩€接口 400包括分別與FPGA 100連接的網(wǎng)絡(luò)接口 401、串行口 402、 I2C總線接口 403、單總線接口 404、SPI總線接口 405。該FPGA教學(xué)系統(tǒng)可以開發(fā)的實驗項目具體包括流水燈項目、數(shù)碼管掃描項目、 樂曲演奏項目、數(shù)字跑表和數(shù)字鐘項目、密碼鎖項目、數(shù)據(jù)采集項目、飲料自動售賣機項目、 I2C器件控制項目、SPI器件控制項目、單總線器件控制項目、串口協(xié)議項目、網(wǎng)口協(xié)議項目 等等?；谶@些外設(shè)的項目，可以在教學(xué)中開展項目式教學(xué)；同時也可以在FPGA中實現(xiàn)高 水平的系統(tǒng)設(shè)計，作為深入學(xué)習(xí)FPGA的平臺。下面以“流水燈項目，，和“樂曲演奏項目，，具體說明該FPGA教學(xué)系統(tǒng)是如何實現(xiàn) 教學(xué)，以更加直觀的形式展現(xiàn)設(shè)計理念的。一、流水燈項目實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，使實驗者掌握使用硬件描述語言來實現(xiàn)簡單I/O器件的技 術(shù)和方法。實現(xiàn)步驟(1)采用硬件描述語言，將硬件中的固定系統(tǒng)頻率進行分頻，獲得IHz的頻率；(2)采用行為方式建模，獲得IHz改變一次端口高低電平狀態(tài)的硬件邏輯，這些硬 件邏輯的輸出將用于驅(qū)動8個LED流水燈，該硬件邏輯要滿足燈項目的具體要求；(3)將上述硬件邏輯，針對特定的FPGA及相應(yīng)的硬件環(huán)境，進行引腳鎖定，這樣就 將采用硬件描述語言撰寫的硬件邏輯轉(zhuǎn)換為了實際的硬件；(4)由于實際的FPGA硬件管腳已經(jīng)與8個LED流水燈進行了連接，所以FPGA工作 后即驅(qū)動燈按著邏輯設(shè)定的方式運轉(zhuǎn)；(5)在上述設(shè)計中，還可以通過標(biāo)準(zhǔn)鍵盤或者8*8矩陣鍵盤從多種LED流水燈模式 中選擇。實驗結(jié)果實驗者可用眼睛直觀地觀察到8個LED流水燈的亮滅。二、樂曲演奏項目實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，使實驗者掌握使用硬件描述語言來實現(xiàn)較復(fù)雜器件的技術(shù) 和方法。實現(xiàn)步驟(1)首先確定音樂簡譜中的各音調(diào)的頻率；
4[0032](2)采用硬件描述語言，將硬件中的固定系統(tǒng)頻率進行分頻，獲得各音調(diào)的頻率；(3)采用行為方式建模，按簡譜中規(guī)定的各音調(diào)的時長比率，持續(xù)輸出該頻率，這 個輸出將用于驅(qū)動揚聲器；(4)將上述硬件邏輯，針對特定的FPGA及相應(yīng)的硬件環(huán)境，進行引腳鎖定，這樣就 將采用硬件描述語言撰寫的硬件邏輯轉(zhuǎn)換為了實際的硬件；(5)由于實際的FPGA硬件管腳已經(jīng)與揚聲器燈進行了連接，所以FPGA工件后即驅(qū) 動揚聲器按著簡譜播放動聽的音樂了 ；(6)在上述設(shè)計中，還可以通過標(biāo)準(zhǔn)鍵盤或者8*8矩陣鍵盤從多種樂曲中選擇一 首或多首進行播放。實驗結(jié)果實驗者可用耳朵直觀地欣賞到揚聲器播放的音樂。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種FPGA教學(xué)系統(tǒng)，包括FPGA，其特征在于，還包括分別與所述FPGA連接的輸入設(shè) 備、輸出設(shè)備和總線接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入設(shè)備包括分別與所述 FPGA連接的矩陣鍵盤、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述矩陣鍵盤為8*8矩陣鍵盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出設(shè)備包括分別與所述 FPGA連接的數(shù)碼管、LED燈、液晶顯示接口、標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口、揚聲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FPGA教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述總線接口包括分別與所述 FPGA連接的網(wǎng)絡(luò)接口、串行口、1 總線接口、單總線接口、SPI總線接口。
專利摘要本實用新型涉及一種FPGA教學(xué)系統(tǒng)，該FPGA教學(xué)系統(tǒng)包括FPGA及分別與FPGA連接的輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和總線接口。其中，輸入設(shè)備包括分別與FPGA連接的矩陣鍵盤、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口；輸出設(shè)備包括分別與FPGA連接的數(shù)碼管、LED燈、液晶顯示接口、標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口、揚聲器；總線接口包括分別與FPGA連接的網(wǎng)絡(luò)接口、串行口、I2C總線接口、單總線接口、SPI總線接口。實施本實用新型的技術(shù)方案，硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低，且可以直觀地展現(xiàn)以硬件描述語言所完成的電路設(shè)計實驗項目，增強了初學(xué)者學(xué)習(xí)FPGA的信心。
文檔編號G09B23/18GK201820383SQ20102053128
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者周志文, 張躍宗, 潘曉寧, 王瑞春, 賀敬凱 申請人:深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院