专利名称：一种fpga教学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制技术，更具体地说，涉及一种FPGA教学系统。
背景技术：
FPGA (Field - Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)是在 PAL、GAL、 CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的 一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数 有限的缺点。在FPGA教学系统中，通常以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设 计，经过简单的综合与布局，快速地烧录至FPGA上进行测试。目前FPGA应用型人才的需求特别大，而传统的FPGA教学系统通常是一个实验 箱，硬件结构非常复杂，而且不能直观地展现以硬件描述语言所完成的电路设计实验项目， 往往使初学者望而生畏，无从下手，失去学习FPGA的信心；另外，这样的实验箱通常价格不 菲，少则几千元，多则几万元。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述FPGA教学系统硬件结 构复杂、价格昂贵的缺陷，提供一种硬件结构简单、价格便宜的FPGA教学系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种FPGA教学系统，包括 FPGA，还包括分别与所述FPGA连接的输入设备、输出设备和总线接口。在本实用新型所述的FPGA教学系统中，所述输入设备包括分别与所述FPGA连接 的矩阵键盘、标准键盘接口。在本实用新型所述的FPGA教学系统中，所述矩阵键盘为8*8矩阵键盘。在本实用新型所述的FPGA教学系统中，所述输出设备包括分别与所述FPGA连接 的数码管、LED灯、液晶显示接口、标准显示器接口、扬声器。在本实用新型所述的FPGA教学系统中，所述总线接口包括分别与所述FPGA连接 的网络接口、串行口、I2C总线接口、单总线接口、SPI总线接口。实施本实用新型的FPGA教学系统，硬件结构简单、成本低，且可以直观地展现以 硬件描述语言所完成的电路设计实验项目，增强了初学者学习FPGA的信心。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型FPGA教学系统实施例一的逻辑图；图2是本实用新型FPGA教学系统实施例二的逻辑图。
具体实施方式
如图1所示，在本实用新型的FPGA教学系统实施例一的逻辑图中，该FPGA教学系 统包括FPGA 100、输入设备200、输出设备300和总线接口 400。其中，输入设备200、输出 设备300和总线接口 400分别与FPGA 100连接。在图2示出的本实用新型的FPGA教学系统实施例二的逻辑图中，该FPGA教学系 统包括FPGA 100、输入设备200、输出设备300和总线接口 400。其中，输入设备200包括 分别与所述FPGA 100连接的标准键盘接口 201和矩阵键盘202。例如，将一个标准键盘通 过该标准键盘接口 201接入该FPGA教学系统，以实现信息的输入。矩阵键盘202是8*8矩 阵键盘。输出设备300包括分别与FPGA 100连接的数码管301、LED灯302、液晶显示接口 303、标准显示器接口 304、扬声器305。数码管301的数量可为8个，以8个数码管的显示 来展现实验项目的结果。LED灯302可以是8个LED流水灯，以8个LED流水灯的亮灭来展 现实验项目的结果。总线接口 400包括分别与FPGA 100连接的网络接口 401、串行口 402、 I2C总线接口 403、单总线接口 404、SPI总线接口 405。该FPGA教学系统可以开发的实验项目具体包括流水灯项目、数码管扫描项目、 乐曲演奏项目、数字跑表和数字钟项目、密码锁项目、数据采集项目、饮料自动售卖机项目、 I2C器件控制项目、SPI器件控制项目、单总线器件控制项目、串口协议项目、网口协议项目 等等。基于这些外设的项目，可以在教学中开展项目式教学；同时也可以在FPGA中实现高 水平的系统设计，作为深入学习FPGA的平台。下面以“流水灯项目，，和“乐曲演奏项目，，具体说明该FPGA教学系统是如何实现 教学，以更加直观的形式展现设计理念的。一、流水灯项目实验目的通过实验，使实验者掌握使用硬件描述语言来实现简单I/O器件的技 术和方法。实现步骤(1)采用硬件描述语言，将硬件中的固定系统频率进行分频，获得IHz的频率；(2)采用行为方式建模，获得IHz改变一次端口高低电平状态的硬件逻辑，这些硬 件逻辑的输出将用于驱动8个LED流水灯，该硬件逻辑要满足灯项目的具体要求；(3)将上述硬件逻辑，针对特定的FPGA及相应的硬件环境，进行引脚锁定，这样就 将采用硬件描述语言撰写的硬件逻辑转换为了实际的硬件；(4)由于实际的FPGA硬件管脚已经与8个LED流水灯进行了连接，所以FPGA工作 后即驱动灯按着逻辑设定的方式运转；(5)在上述设计中，还可以通过标准键盘或者8*8矩阵键盘从多种LED流水灯模式 中选择。实验结果实验者可用眼睛直观地观察到8个LED流水灯的亮灭。二、乐曲演奏项目实验目的通过实验，使实验者掌握使用硬件描述语言来实现较复杂器件的技术 和方法。实现步骤(1)首先确定音乐简谱中的各音调的频率；
4[0032](2)采用硬件描述语言，将硬件中的固定系统频率进行分频，获得各音调的频率；(3)采用行为方式建模，按简谱中规定的各音调的时长比率，持续输出该频率，这 个输出将用于驱动扬声器；(4)将上述硬件逻辑，针对特定的FPGA及相应的硬件环境，进行引脚锁定，这样就 将采用硬件描述语言撰写的硬件逻辑转换为了实际的硬件；(5)由于实际的FPGA硬件管脚已经与扬声器灯进行了连接，所以FPGA工件后即驱 动扬声器按着简谱播放动听的音乐了 ；(6)在上述设计中，还可以通过标准键盘或者8*8矩阵键盘从多种乐曲中选择一 首或多首进行播放。实验结果实验者可用耳朵直观地欣赏到扬声器播放的音乐。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求1.一种FPGA教学系统，包括FPGA，其特征在于，还包括分别与所述FPGA连接的输入设 备、输出设备和总线接口。
2.根据权利要求1所述的FPGA教学系统，其特征在于，所述输入设备包括分别与所述 FPGA连接的矩阵键盘、标准键盘接口。
3.根据权利要求2所述的FPGA教学系统，其特征在于，所述矩阵键盘为8*8矩阵键盘。
4.根据权利要求1所述的FPGA教学系统，其特征在于，所述输出设备包括分别与所述 FPGA连接的数码管、LED灯、液晶显示接口、标准显示器接口、扬声器。
5.根据权利要求1所述的FPGA教学系统，其特征在于，所述总线接口包括分别与所述 FPGA连接的网络接口、串行口、1 总线接口、单总线接口、SPI总线接口。
专利摘要本实用新型涉及一种FPGA教学系统，该FPGA教学系统包括FPGA及分别与FPGA连接的输入设备、输出设备和总线接口。其中，输入设备包括分别与FPGA连接的矩阵键盘、标准键盘接口；输出设备包括分别与FPGA连接的数码管、LED灯、液晶显示接口、标准显示器接口、扬声器；总线接口包括分别与FPGA连接的网络接口、串行口、I2C总线接口、单总线接口、SPI总线接口。实施本实用新型的技术方案，硬件结构简单、成本低，且可以直观地展现以硬件描述语言所完成的电路设计实验项目，增强了初学者学习FPGA的信心。
文档编号G09B23/18GK201820383SQ20102053128
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者周志文, 张跃宗, 潘晓宁, 王瑞春, 贺敬凯 申请人:深圳信息职业技术学院