专利名称：一种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。单片机是电子类专业的专业基础课，学习起来相对FPGA容易。如果能够借助单片 机来学习FPGA，则可以进一步加强学习者对单片机应用和FPGA应用的深刻认识。但目前的教学系统往往只有一个功能，单片机教学系统只能满足单片机的教学需 要，并不能用于学习FPGA。而传统的FPGA教学系统通常也不能满足单片机的教学需要，且 硬件结构复杂、价格昂贵。
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教学系统功能单一的缺 陷，提供一种教学系统，该教学系统既能满足单片机教学需要又能满足FPGA教学需要。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教学系统，包括单片 机模块、FPGA模块、用于插接单片机模块或FPGA模块的插接座，与所述插接座连接的输入 设备、输出设备、AD/DA转换设备和总线接口。在本实用新型所述的教学系统中，所述输入设备包括分别与所述插接座连接的矩 阵键盘、标准键盘接口。在本实用新型所述的教学系统中，所述矩阵键盘为8*8矩阵键盘。在本实用新型所述的教学系统中，所述输出设备包括分别与所述插接座连接的数 码管、LED灯、液晶显示器接口、标准显示器接口、扬声器。在本实用新型所述的教学系统中，所述总线接口包括分别与所述插接座连接的网 络接口、串行口、I2C总线接口、单总线接口、SPI总线接口。在本实用新型所述的教学系统中，所述AD/DA转换设备包括分别与所述插接座连 接的模数转换电路和数模转换电路。实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果1.该教学系统既能满足单片机教学需要又能满足FPGA教学需要；2.硬件结构简单、价格便宜，且容易操作，可直观地展现所完成的电路设计实验项 目，便于初学者学习。
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IA是本实用新型教学系统作为单片机教学系统实施例一逻辑图；图IB是本实用新型教学系统作为FPGA教学系统实施例一逻辑图；图2是本实用新型教学系统实施例二的逻辑图。
具体实施方式
结合图IA和图1B，在本实用新型的教学系统实施例一的逻辑图中，该教学系统包 括单片机模块200、FPGA模块300、用于插接单片机模块200或FPGA模块300的插接座100， 与所述插接座连接的输入设备400、输出设备500、总线接口 600和AD/DA转换设备700。在 图IA中，单片机模块200通过插接座100连接输入设备400、输出设备500、总线接口 600 和AD/DA转换设备700，此时，该教学系统为单片机教学系统。在图IB中，FPGA模块300通 过插接座100连接输入设备400、输出设备500、总线接口 600和AD/DA转换设备700，此时， 该教学系统为FPGA教学系统。在图2示出的本实用新型的教学系统实施例二的逻辑图中，该教学系统包括单片 机模块(未示出)、FPGA模块(未示出)、用于插接单片机模块或FPGA模块的插接座100， 与所述插接座连接的输入设备400、输出设备500、总线接口 600和AD/DA转换设备700。其 中，输入设备400包括分别与插接座100连接的矩阵键盘401、标准键盘接口 402，优选地， 矩阵键盘可为8*8矩阵键盘。输出设备500包括分别与插接座100连接的数码管501、LED 灯502、液晶显示器接口 503、标准显示器接口 504、扬声器505，例如，数码管501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502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 600可包括分别与插接座100连 接的网络接口 601、串行口 602、1 总线接口 603、单总线接口 604、SPI总线接口 605。AD/ DA转换设备700包括分别与插接座100连接的模数转换电路701和数模转换电路702。应 当说明的是，在该教学系统作为单片机教学系统使用时，将单片机模块置入插接座中；在该 教学系统作为FPGA教学系统使用时，将FPGA模块置入插接座中。该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；同时也可以在单片机模块中或FPGA 模块中实现高水平的系统设计，作为深入学习单片机或FPGA的平台。下面以“流水灯项目，，和“乐曲演奏项目，，具体说明该融合单片机和FPGA的教学 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或C语音来实现简单I/O接 口应用的技术和方法。实现步骤分为应用单片机实现和使用FPGA实现两种方法。采用FPGA模块的实现步骤(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；[0028](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，该硬件逻辑要满足流水灯项目的具体要求；(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8*8矩阵键盘从多种LED流水灯模式中选择。采用单片机模块的实现步骤(1)采用C语言，根据单片机工作系统频率采用软件延时的方法进行分频，获得 IHz的频率；(2)使用单片机相应的端口驱动8个LED流水灯，使用C语言编程实现，同时使用 上一步骤中的延时函数，使驱动LED流水灯满足项目的具体要求；(3)将上述软件进行编译链接生成二进制可下载文件；(4)将上述二进制可下载文件载入单片机，则单片机就控制灯按着逻辑设定的方 式运转；(5)在上述设计中，还可以通过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或C语言来实现较复杂应 用的技术和方法。实现步骤分为应用单片机实现和使用FPGA实现两种方法。采用FPGA模块的实现步骤(1)首先确定音乐简谱中的各音调的频率；(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 ；⑶在上述设计中，还可以通过8*8矩阵键盘从多种乐曲中选择一首或多首进行播放。采用单片机模块的实现步骤(1)首先确定音乐简谱中的各音调的频率； ⑵采用C语言，根据单片机的系统工作频率■定时器进行分频，获得各音调的频率；(3)采用C语言进行程序设计，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C程序编译链接生成二进制可下载文件，然后载入单片机，这样单片机 就驱动扬声器按着简谱播放动听的音乐了 ；⑶在上述设计中，还可以通过8*8矩阵键盘从多种乐曲中选择一首或多首进行播放。[0055]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，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
权利要求1.一种教学系统，其特征在于，包括单片机模块、FPGA模块、用于插接单片机模块或 FPGA模块的插接座，与所述插接座连接的输入设备、输出设备、AD/DA转换设备和总线接
2.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述输入设备包括分别与所述插接 座连接的矩阵键盘、标准键盘接口。
3.根据权利要求1所述的教学系统，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所述的教学系统，其特征在于，所述输出设备包括分别与所述插接 座连接的数码管、LED灯、液晶显示器接口、标准显示器接口、扬声器。
5.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述总线接口包括分别与所述插接 座连接的网络接口、串行口、1 总线接口、单总线接口、SPI总线接口。
6.根据权利要求1-5任一项所述的教学系统，其特征在于，所述AD/DA转换设备包括分 别与所述插接座连接的模数转换电路和数模转换电路。
专利摘要本实用新型涉及一种教学系统，该教学系统包括单片机模块、FPGA模块、用于插接单片机模块或FPGA模块的插接座，与所述插接座连接的输入设备、输出设备、AD/DA转换设备和总线接口。实施本实用新型的技术方案，使该教学系统既能满足单片机教学需要又能满足FPGA教学需要。另外，该教学系统的硬件结构简单、价格便宜，且容易操作，可直观地展现所完成的电路设计实验项目，便于初学者学习。
文档编号G09B23/18GK201918086SQ20102061133
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者湛邵斌, 王勇, 王瑞春, 贺敬凯 申请人:深圳信息职业技术学院