一种教学用便携式四线合一的eda及sopc实验板的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种教学用便携式四线合一的EDA及SOPC实验板，实验板包括设置于实验板中央的核心板，核心板上安放有SOPC芯片，核心板通过USERIO分别将SOPC芯片与实验板上的串型配置器、音频编解码器、USB微控制器、以太网控制器连接；实验板上还设有与核心板USERIO接口连接的DA转换器和AD转换器；实验板上的USB口通过四线合一的USB线与电脑连接；四线合一的USB线集合了电源线、下载线、调试线、与PC机通讯的串口线的功能。该实验板携带方便，功能完善，适用范围广泛，能够作为EDA课程和SOPC课程的配套实验仪器使用；且开发成本较低廉，易于维护，具有极佳的实际使用效果。
【专利说明】—种教学用便携式四线合一的EDA及SOPC实验板
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电子教学实验用的电路板，具体涉及一种教学用便携式四线合一的EDA及SOPC实验板。
【背景技术】
[0002]EDA即为电子设计自动化，它是在上世纪70年代的电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。SOPC即为可编程片上系统，它是Altera公司于本世纪初提出来的一种灵活、高效的基于FPGA的SoC解决方案。本实用新型所述EDA和SOPC均是以FPGA为基础，目前EDA技术和SOPC技术已被广泛应用于仪器仪表、智能识别以及嵌入式设备等应用领域。为了使教学面向社会各应用领域，为社会培养更多更好的技术型、应用型人才，国内很多高校均已开设EDA课程，部分高校开设了 SOPC课程。EDA课程和SOPC课程都是技术性和实践性很强的课程，因此，实验教学占有重要地位。
[0003]而传统用于EDA及SOPC实验教学的试验箱维护成本高，设备笨重，大多均是综合多个实验项目的平台，内部结构复杂，没有完整的实验设计图，学生难以理解实验原理。为了方便教学，实验台还采用了集成化的封装，学生做实验时，只需调用设计好的实验，正确连线，就能得到最终结果。这样，学生不但缺少参与性，而且很难在EDA及SOPC的实际设计能力上得到锻炼。
实用新型内容
[0004]本实用新型需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种教学用便携式四线合一的EDA及SOPC实验板，该实验板携带方便，功能完善，适用范围广泛，已经能够作为EDA课程和SOPC课程的配套实验仪器使用，并且可以作为毕业设计指导仪器，学生创新实验指导仪器，大学生电子设计大赛培训设备等使用。使学生对EDA技术和SOPC技术的掌握更加深刻，电路设计和调试技能都有很大的提高，且开发成本较低廉，易于维护，具有极佳的实际使用效果。
[0005]为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种教学用便携式四线合一的EDA及SOPC实验板，所述实验板包括设置于实验板中央的核心板，核心板上安放有SOPC芯片，核心板通过USER 1分别将SOPC芯片与实验板上的串型配置器、音频编解码器、USB微控制器、以太网控制器连接；实验板上还设有与核心板USER 1接口连接的14位并行高速DA转换器和12位高速AD转换器；核心板通过PO口分别与实验板上的按键、LED跑马灯、VGA输出口、SD卡槽、PS/2接口连接；实验板上设有8个按键；
[0007]实验板上的USB 口通过四线合一的USB线与电脑连接，USB微控制器能够实现多种功能集合在USB 口上实现；四线合一的USB线集合了电源线、下载线、调试线、与PC机通讯的串口线的使用功能，只使用USB线即可实现四种功能，四线合一的USB线是单独的一根常规的USB线，所述的四线合一是一根USB线能够实现传统的四根线的功能；电源功能通过直接从USB 口取电实现；串口通信功能通过FT232 USB转串口芯片实现；下载和调试功能通过一个USB转JTAG模块实现；
[0008]其中的USB微控制器，实验板可以通过USB微控制器CY7C68013A将数据保存到外部U盘上，或者可以和电脑通过USB协议传输数据。
[0009]实验板上还设有与SOPC芯片通过核心板上的USER 1 口连接的FLASH存储器、SRAM存储器、SDRAM存储器；FLASH存储器、SRAM存储器、SDRAM存储器、串型配置器EPCS16均设置在核心板上。
[0010]音频解码器上设有音频输入口和音频输出口 ；
[0011]实验板上还设有与核心板连接的4位七段共阳数码管。
[0012]优选的，SOP芯片的型号为EP3C25F324 ；
[0013]USB微控制器的型号为CY7C68013A ；
[0014]音频编解码器是型号为TLV320A的高性能立体声音频编解码器；
[0015]以太网控制器的型号为DM9000AEP ；
[0016]串型配置器的型号为EPCS16。
[0017]优选的，14位并行高速DA转换器的型号为DAC904，所述转换器是14位分辨率的D/A转换集成芯片；所述转换器的引脚兼容DAC908、DAC900、DAC902，分别提供8位、10位、12位分辨率选择；所述转换器的转换速率大于165Msps。该DA转换器具有优良的动态性倉泛。
[0018]优选的，12位高速AD转换器的型号为AD9226，所述转换器为单电源供电、12位精度，所述转换器的转换速率为65Msps ;所述转换器片内集成高性能的采样保持放大器和参考电压源。
[0019]优选的，音频编解码器内置有支持mic和line in 二选一输入方式的耳机输出放大器。输入和输出都具有可编程的增益调节功能。
[0020]优选的，以太网控制器包含一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM。
[0021]优选的，USB微控制器CY7C68013A是Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列低功耗版本单片机；所述USB微控制器具有和8051单片机兼容的CPU和指令系统，包括USB接口和完整的USB 2.0协议引擎。
[0022]本实验板的使用方法为:
[0023]1.首先安装好相关的EDA开发软件(如Quartus)；
[0024]2.通过USB 口连接电脑给实验板上电；
[0025]3.通过EDA软件编写程序之后，通过USB 口下载程序，并可以通过USB 口对程序进行在线调试；
[0026]4.如要使用串口通信功能，首先电脑上安装相应串口通信软件和驱动程序，并编写实验板串口通信程序，然后实验板就可以通过USB 口和电脑完成串口通信。随后即可进行相关的实验板的教学或实验使用。
[0027]根据实验板上集成的模块完成以下基础实验:VGA接口驱动实验，PS/2接口通信实验，USB通信实验，N1S软核设计实验，外设模块设计实验，SOPC的P1 口使用实验，UART控制器通信实验，P1中断实验，定时器使用和定时器中断实验，以及基于单个的基础实验扩展出来的组合实验，上述基础实验均可任意组合，基于SOPC的UC/OS-1I操作系统应用实验，Flash Programmer使用实验，以太网接口通信实验,上述基础实验均可任意组合,再利用扩展口进行模块扩展，则可以围绕EDA及SOPC实验板进行更多的实验。
[0028]本实用新型的有益效果是:本实用新型实验板携带方便，功能完善，适用范围广泛。新型便携式四线合一的EDA及SOPC实验板已广泛应用于EDA和SOPC课程教学，本科生毕业设计指导，学生创新实验指导，本科生实践教学，北京市大学生电子设计大赛赛前培训，全国大学生电子设计大赛赛前培训。EDA及SOPC实验板能很好的帮助学生学习和使用EDA技术和SOPC技术，使理论知识转换为实践技能，使学生对EDA和SOPC知识的掌握更加深刻，电路设计和调试技能都有很大的提闻。
[0029]本实用新型的实验板开发成本较低廉，易于维护，具有极佳的实际使用效果。
[0030]本实用新型采用USB 口通过四线合一的USB线与电脑连接；四线合一的USB线集合了电源线、下载线、调试线、与PC机通讯的串口线；能够实现简洁的连接方式，具有较高的稳定性和传输效率。实验板只需要一根配套的USB线就可以实现供电、程序下载、调试、与PC机通信的功能，克服了传统实验箱的缺点，携带方便，功能完善，适用范围广泛，且开发成本较低廉，易于维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型实验板的电路结构框图。
[0032]图2为传统的实验板与PC机连接图。
[0033]图中:I为EP3C25F324核心板，2为按键和LED灯，3为VGA输出口，4为SD卡槽，5为PS/2接口，6为串行配置器EPCS16，7为音频编解码器TLV320A，8为太网控制器DM9000AEP, 9为USB微控制器CY7C68013A，10为12位高速AD转换器AD9226，11为14位并行高速DA转换器DAC904。
[0034]21为传统EDA及SOPC实验板的电源线，22为传统EDA及SOPC实验板的串口线，23为传统EDA及SOPC实验板的下载线，24为传统EDA及SOPC实验板的调试线。
【具体实施方式】
[0035]实施例1
[0036]如图1所示，本实用新型为一种教学用便携式四线合一的EDA及SOPC实验板，所述实验板包括设置于实验板中央的核心板，核心板上安放有SOPC芯片，核心板通过USER1分别将SOPC芯片与实验板上的串型配置器、音频编解码器、USB微控制器、以太网控制器连接；实验板上还设有与核心板USER 1接口连接的14位并行高速DA转换器和12位高速AD转换器；核心板通过PO 口分别与实验板上的按键、LED跑马灯、VGA输出口、SD卡槽、PS/2接口连接；实验板上设有8个按键；
[0037]本实用新型采用USB 口通过四线合一的USB线与电脑连接；四线合一的USB线集合了电源线、下载线、调试线、与PC机通讯的串口线；
[0038]实验板上还设有与SOPC芯片通过核心板上的USER 1 口连接的FLASH存储器、SRAM存储器、SDRAM存储器；音频解码器上设有音频输入口和音频输出口 ；实验板上还设有与核心板连接的4位七段共阳数码管。
[0039]SOP芯片的型号为EP3C25F324 ；USB微控制器的型号为CY7C68013A ;音频编解码器是型号为TLV320A的高性能立体声音频编解码器；以太网控制器的型号为DM9000AEP ;串型配置器的型号为EPCS16。
[0040]14位并行高速DA转换器的型号为DAC904，所述转换器是14位分辨率的D/A转换集成芯片；所述转换器的引脚兼容DAC908、DAC900、DAC902，分别提供8位、10位、12位分辨率选择；所述转换器的转换速率大于165Msps。该DA转换器具有优良的动态性能。
[0041]12位高速AD转换器的型号为AD9226，所述转换器为单电源供电、12位精度，所述转换器的转换速率为65Msps ;所述转换器片内集成高性能的采样保持放大器和参考电压源。
[0042]音频编解码器内置有支持mic和line in 二选一输入方式的耳机输出放大器。输入和输出都具有可编程的增益调节功能。
[0043]以太网控制器包含一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM。USB微控制器CY7C68013A是Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列低功耗版本单片机；所述USB微控制器具有和8051单片机兼容的CPU和指令系统，包括USB接口和完整的USB 2.0协议引擎。本实用新型中采用的调试软件、驱动程序等均为现有的成熟技术，在本实施例中不再叙述。
[0044]图2中传统的连接方式需要使用四根线与电脑连接，使用极为不便。相比之下，本实用新型的实验板具有结构紧凑、连接简洁、使用方便、易于携带的优势。
[0045]最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种教学用便携式四线合一的EDA及SOPC实验板，其特征在于，所述实验板包括设置于实验板中央的核心板，核心板上安放有SOPC芯片，核心板通过USER 1分别将SOPC芯片与实验板上的串型配置器、音频编解码器、USB微控制器、以太网控制器连接；实验板上还设有与核心板USER 1接口连接的14位并行高速DA转换器和12位高速AD转换器；核心板通过USER 1分别与实验板上的按键、LED跑马灯、VGA输出口、SD卡槽、PS/2接口连接；实验板上设有8个按键； 实验板上的USB 口通过四线合一的USB线与电脑连接；四线合一的USB线集合了电源线、下载线、调试线、与PC机通讯的串口线的使用功能； 实验板上还设有与SOPC芯片通过核心板上的USER 1 口连接的FLASH存储器、SRAM存储器、SDRAM存储器； 音频解码器上设有音频输入口和音频输出口； 实验板上还设有与核心板连接的4位七段共阳数码管。
2.如权利要求1所述的实验板，其特征在于，SOP芯片的型号为EP3C25F324； USB微控制器的型号为CY7C68013A ； 音频编解码器是型号为TLV320A的高性能立体声音频编解码器； 以太网控制器的型号为DM9000AEP ； 串型配置器的型号为EPCS16。
3.如权利要求2所述的实验板，其特征在于，14位并行高速DA转换器的型号为DAC904，所述转换器是14位分辨率的D/A转换集成芯片；所述转换器的引脚兼容DAC908、DAC900、DAC902,分别提供8位、10位、12位分辨率选择；所述转换器的转换速率大于165Msps。
4.如权利要求3所述的实验板，其特征在于，12位高速AD转换器的型号为AD9226，所述转换器为单电源供电、12位精度，所述转换器的转换速率为65Msps;所述转换器片内集成高性能的采样保持放大器和参考电压源。
5.如权利要求4所述的实验板,其特征在于,音频编解码器内置有支持mic和linein二选一输入方式的耳机输出放大器。
6.如权利要求5所述的实验板，其特征在于，以太网控制器包含一个10/100M自适应的PHY 和 4K DWORD 值的 SRAM。
7.如权利要求6所述的实验板，其特征在于，USB微控制器CY7C68013A是Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列低功耗版本单片机；所述USB微控制器具有和8051单片机兼容的CPU和指令系统，包括USB接口和完整的USB 2.0协议引擎。
【文档编号】G09B19/00GK204087580SQ201420626924
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】张启升, 朱家辉, 杨杰, 黄建宇, 乐恒, 孔强, 崔辰元 申请人:中国地质大学（北京）, 北京市第三十五中学