專利名稱：便攜通用型cpld/fpga教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，尤其是進(jìn)行CPLD/FPGA技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)的便攜通用型實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
目前在我國高校使用的許多CPLD/FPGA硬件開發(fā)平臺裝置一般都把CPLD/FPGA芯片下載和平臺裝置固定組合在一齊，這樣做雖然使用方便，但其缺點(diǎn)也是明顯的。主要表現(xiàn)在1.使用的CPLD/FPGA芯片集成度較低(< 6000門級)，難以進(jìn)行較復(fù)雜的系統(tǒng)級電路設(shè)計；2.使用的CPLD/FPGA芯片管腳數(shù)量有限，通常不超過84腳，容易出現(xiàn)芯片功能未用盡而I/O引腳已不夠使用的情況；3.由于CPLD/FPGA芯片固定設(shè)計在開發(fā)平臺裝置上面， 用戶不能對所使用的CPLD/FPGA芯片進(jìn)行更新與升級，限制了用戶對CPLD/FPGA芯片選擇自由；4. 一般的開發(fā)平臺裝置在設(shè)計上采用傳統(tǒng)的接口，體積較大，使用外接電源供電，不便于學(xué)生在機(jī)房使用，也不便于課余時間的自主學(xué)習(xí)和攜帶。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是向?qū)W生提供一個通過并行接口與PC機(jī)連接的集實(shí)驗(yàn)儀、 編輯、編譯和下載于一體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置具有通用性和便攜性。該實(shí)驗(yàn)儀由核心板、通用擴(kuò)展板和下載板三部分組成。核心板主要由相關(guān)的CPLD/ FPGA主控芯片的最小支撐電路和與擴(kuò)展板相連的插座構(gòu)成，通用擴(kuò)展板主要由USB模塊、 電源模塊、二級管模塊、LED動態(tài)顯示模塊、鍵盤模塊、撥碼開關(guān)模塊、字符液晶顯示模塊、 LED點(diǎn)陣顯示模塊、UART異步串行通信模塊、蜂鳴器電路、傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、PffM 模塊、擴(kuò)展接口等構(gòu)成，下載板主要由信號緩存芯片74HCM4、并行接口、若干上拉電阻及電容構(gòu)成。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀的通用性(即可移植性)，在結(jié)構(gòu)上采用由核心板、通用擴(kuò)展板和下載板三級結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，實(shí)現(xiàn)硬件平臺的靈活更換或升級；為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀的使用便攜性，實(shí)驗(yàn)儀的工作電源通過USB 口從 PC機(jī)取電，無需提供外接電源，電源模塊有短路保護(hù)功能，實(shí)驗(yàn)板外觀尺寸為18*15cm的 PCB線路板，下載口插座均設(shè)有防插反功能，便于學(xué)生下載操作和攜帶。該實(shí)驗(yàn)儀可以完成組合邏輯電路設(shè)計、時序邏輯電路設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(如鍵盤、數(shù)碼管、液晶、點(diǎn)陣屏、蜂鳴器、溫度、小型電機(jī)、數(shù)據(jù)采集等外圍接口的驅(qū)動)等共20多個的硬件實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時只要將本實(shí)驗(yàn)儀的下載板接口與PC機(jī)的并行口相連后，在Quartus II環(huán)境下編寫實(shí)驗(yàn)儀外圍電路驅(qū)動程序，直接編輯、編譯后，即可通過JTAG方式進(jìn)行在線下載。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1)、實(shí)驗(yàn)儀硬件平臺采用三級結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用靈活、更新與升級方便。2)、實(shí)驗(yàn)儀體積小，接口連接方便，由USB 口從PC機(jī)取電，電源模塊有短路保護(hù)功能，下載口插座均有防插反功能，從而便于學(xué)生下載操作和攜帶。3)、實(shí)驗(yàn)儀的通用擴(kuò)展板基本上包含了邏輯電路和時序電路設(shè)計所需要的外圍模塊，在設(shè)計上考慮到CPLD/FPGA課程教學(xué)改革的需要，可完成不同難度的項(xiàng)目開發(fā)，有利于提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

圖1是本實(shí)用新型的通用擴(kuò)展板結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的核心板結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的下載板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
便攜通用型CPLD/FPGA教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀由核心板、通用擴(kuò)展板和下載板三部分組成。 核心板通過四排插針與通用擴(kuò)展板上的相應(yīng)四排插座相連；下載板通過10芯的JTAG插座與核心板下載口插針相連；核心板主要由相關(guān)的CPLD/FPGA主控芯片的最小支撐電路和四排引腳插針構(gòu)成。如圖1所示，為通用擴(kuò)展板結(jié)構(gòu)示意圖，通用擴(kuò)展板主要由USB模塊、電源模塊、二級管模塊、LED動態(tài)顯示模塊、鍵盤模塊、撥碼開關(guān)模塊、字符液晶顯示模塊、LED點(diǎn)陣顯示模塊、UART異步串行通信模塊、蜂鳴器電路、傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、PWM模塊、 擴(kuò)展接口等構(gòu)成；如圖2所示，為核心板結(jié)構(gòu)示意圖，核心板上的主控芯片可以為Altera公司的支持JTAG下載的系列芯片，如MAX II系列的EPM1270T144、EPM7U8LS84等，外部晶振頻率為可以使用高頻，下載口為防插反的10芯JTAG 口插針；如圖3所示，為下載板結(jié)構(gòu)示意圖，下載板主要由信號緩存芯片74HCM4、并行接口、防插反的10芯JTAG 口插座、若干上拉電阻及電容構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)儀直接采用USB總線提供的5V工作電源，通過保險絲和電源開關(guān)后，連接到電壓轉(zhuǎn)換芯片SPX1117，并轉(zhuǎn)換生成3. 3V電源供核心芯片工作；通用擴(kuò)展板中數(shù)據(jù)采集模塊選用ADC0809芯片，可進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；字符型液晶顯示模塊選用HD44780，可顯示2 行16列字符；8*8單色LED點(diǎn)陣可顯示簡單漢字及字符；LED動態(tài)顯示模塊采用4位供陽數(shù)碼管，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字的動態(tài)掃描顯示；傳感器模塊包括一線溫度傳感器和紅外傳感器，可進(jìn)行溫度測量、尋跡、避障等實(shí)驗(yàn)；UART異步串行通信模塊由PC機(jī)RS232串行口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232與核心芯片的2個I/O 口線相連，實(shí)現(xiàn)UART異步串行通信；PWM模塊主要是通過核心芯片的2個I/O 口輸出相應(yīng)頻率實(shí)現(xiàn)對小型電機(jī)驅(qū)動。8個二級管模塊中的小燈選用紅、綠、黃三種顏色，配合交通信號燈項(xiàng)目的輸出顯示；鍵盤模塊為8個單獨(dú)按鍵，可與無源蜂鳴器相配合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子琴項(xiàng)目的運(yùn)行調(diào)試；撥碼開關(guān)模塊可提供8路邏輯電平信號輸入，發(fā)光二極管模塊、蜂鳴器電路、鍵盤模塊和撥碼開關(guān)模塊均為常用元件，無須贅述。本實(shí)用新型可進(jìn)行譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、編碼器、全加器、乘法器、除法器、計數(shù)器、 分頻器、發(fā)光二極管控制、獨(dú)立式鍵盤、蜂鳴器控制、LED動態(tài)顯示控制、漢字顯示控制、IXD 字符液晶顯示、溫度測量、簡單的尋跡或避障、數(shù)字電子鐘、UART異步串行通信、交通信號燈模擬、四路智能搶答器、信號發(fā)生器、多功能教室顯示控制系統(tǒng)、小型電機(jī)驅(qū)動控制、信號采集等二十多個CPLD/FPGA實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求1.一種便攜通用型CPLD/FPGA教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，包括核心板、通用擴(kuò)展板和下載板三部分組成，其特征在于核心板、通用擴(kuò)展板和下載板都是獨(dú)立的電路模塊，下載板通過標(biāo)準(zhǔn)的 10芯口與核心板相連，核心板與通用擴(kuò)展板之間設(shè)有四排臺階插座相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜通用型CPLD/FPGA教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征是采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計以實(shí)現(xiàn)其通用性，支持2家以上國際知名CPLD/FPGA廠商的主流芯片，如Altera公司的 MAX II 系列的 EPM1270T144、EPM7U8LS84 等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜通用型CPLD/FPGA教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征是核心板包括相關(guān)的CPLD/FPGA主控芯片的最小支撐電路和與通用擴(kuò)展板相連的插座等，通用擴(kuò)展板包括USB模塊、電源模塊、二級管模塊、LED動態(tài)顯示模塊、鍵盤模塊、撥碼開關(guān)模塊、字符液晶顯示模塊、LED點(diǎn)陣顯示模塊、UART異步串行通信模塊、蜂鳴器電路、傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、PWM模塊、擴(kuò)展接口等，下載板包括信號緩存芯片74HCM4、并行接口、若干上拉電阻及電容等。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，尤其是進(jìn)行CPLD/FPGA技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)的便攜通用型實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)驗(yàn)儀由核心板、通用擴(kuò)展板和下載板三部分組成，核心板主要由Altera公司的CPLD/FPGA主控芯片的最小支撐電路構(gòu)成，通用擴(kuò)展板主要由CPLD/FPGA的相關(guān)外圍實(shí)驗(yàn)電路構(gòu)成，下載板主要由信號緩存芯片74HC244構(gòu)成。該實(shí)驗(yàn)儀采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計以實(shí)現(xiàn)其通用性，便于系統(tǒng)更新與升級。實(shí)驗(yàn)儀的下載板與PC機(jī)的并行口相連后，可以直接在PC機(jī)的Quartus II環(huán)境下通過JTAG方式進(jìn)行在線編程，集實(shí)驗(yàn)儀、編輯、編譯和下載于一體。實(shí)驗(yàn)儀體積小，接口連接方便，直接通過USB口取電，能完成20多個邏輯電路和時序電路的硬件實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生更好地掌握CPLD/FPGA原理及其開發(fā)技術(shù)，提高學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力。
文檔編號G09B23/18GK202171889SQ20112002248
公開日2012年3月21日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者聶章龍 申請人:聶章龍