一种多功能电子实验一体板的制作方法
【专利说明】
[技术领域]
[0001]本发明涉及一种多功能电子实验一体板。
[【背景技术】]
[0002]由于数字逻辑电路和单片机在实际工程应用中的重要性，目前，全国大多数理工类院校自动化专业都会把以上两门课程列为重点课程。但是，单片机实验室和数字逻辑电路实验室基本上分开进行教学。因此会出现以下问题:一是在实际的电子设备设计过程中，单片机控制和数字逻辑电路设计具有不可分割的特点，但在教学中，受到传统实验设备的限制，两门课程的实验只能单独开展，造成学生对课程知识点的掌握只能停留在面上而无法融会贯通；二是造成实验资源的浪费，以上两门课程均需购买专用设备以及配备相应的实验管理人员；三是传统的数字逻辑电路实验设备已无法满足现在教学的需要。
[0003]基于单片机/FPGA双核心实验教学平台的研制和应用是解决上述问题的有效途径。实验平台的研制是以硬件实验软件化的设计思想，通过对可编程逻辑器件FPGA的编程实现数字逻辑电路的设计与验证，以及单片机的开发与控制。实验平台的应用既能够支持数字电路实验，同时也能支持单片机实验教学，并把两门课程的教学与实践通过实验平台实现无缝衔接，将大幅提高教师课程教学的效率和学生的实践创新能力。
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【发明内容】
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[0004]本发明克服了上述技术的不足，提供了一种多功能电子实验一体板，通过以硬件实验软件化的设计思想，对可编程逻辑器件FPGA的编程实现数字逻辑电路的设计与验证，以及单片机的开发与控制，使其既能够支持数字电路实验，同时也能支持单片机实验教学，并把两门课程的教学与实践通过实验平台实现无缝衔接，将大幅提高教师课程教学的效率和学生的实践创新能力。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案:
[0006]一种多功能电子实验一体板，包括有相互连接的FPGA芯片I和单片机2，所述FPGA芯片I上连接有液晶屏接口 3、SD卡读取模块4、蜂鸣器5、七段码显示驱动模块6、LED指示灯7、矩阵键盘8、拨码开关9、温度传感器10、红外收发器11、步进电机驱动模块12、ADC电源转换模块13、DAC电源转换模块14、以及RTC时钟模块15，所述液晶屏接口 16上连接有液晶屏17，所述七段码显示驱动模块6输出端连接有七段数码管18，所述步进电机驱动模块12输出端连接有步进电机19。
[0007]所述FPGA芯片I上还连接有AS下载接口和JTAG下载接口。
[0008]所述单片机2上还连接有烧写接口。
[0009]所述七段显示驱动模块6包括有顺次连接的异步计数芯片74LS90和显示译码器芯片 74LS47。
[0010]所述温度传感器10顺次连接有单片机2、七段显示驱动模块6。
[0011]所述七段显示驱动模块6为4-16线译码器芯片74HC154。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0013]1、本实用新型通过FPGA和单片机双核心实现单片机控制和数字逻辑电路设计的衔接；
[0014]2、本实用新型节省了实验资源，大大减少了购买专用实验设备的费用以及减少对专用实验设备进行管理的实验管理人员人数；
[0015]3、本实用新型既可作为数字电路的实验教学平台，又可用作单片机的教学开发板，还可以根据个人特点，发挥主动性和创造性，依托以单片机为核心，结合数字逻辑电路和外围设备的综合性控制实验，进一步锻炼学生的创新能力。
[【附图说明】]
[0016]图1为本实用新型的结构示意图；
[0017]图2为实施例一的示意图；
[0018]图3为实施例二的示意图。
[【具体实施方式】]
[0019]下面结合附图与本实用新型的实施方式作进一步详细的描述:
[0020]如图1所示，一种多功能电子实验一体板，包括有相互连接的FPGA芯片I和单片机2，所述FPGA芯片I上连接有液晶屏接口 3、SD卡读取模块4、蜂鸣器5、七段码显示驱动模块6、LED指示灯7、矩阵键盘8、拨码开关9、温度传感器10、红外收发器11、步进电机驱动模块12、ADC电源转换模块13、DAC电源转换模块14、以及RTC时钟模块15，所述液晶屏接口 16上连接有液晶屏17，所述七段码显示驱动模块6输出端连接有七段数码管18，所述步进电机驱动模块12输出端连接有步进电机19，所述FPGA芯片I上还连接有AS下载接口和JTAG下载接口，所述单片机2上还连接有烧写接口。
[0021]其中，FPGA/单片机实验核心板。选择为ALTERA Cyclone II或更高级，I/O 口兼容3.3V/5.0V TTL电平的FPGA芯片作为主控板，在EDA软件设计好的硬件电路可以通过下载电缆(AS下载接口和JTAG下载接口)下载到核心板，实现对外围功能底板各外设的控制；单片机选择具有16KB系统内可编程Flash的8位AVR微控制器ATmegal6，也可根据教材内容选型。
[0022]外围功能底板。设计多个外围设备作为核心板的控制对象，包括液晶屏接口 3、SD卡读取模块4、蜂鸣器5、七段码显示驱动模块6、LED指示灯7、矩阵键盘8、拨码开关9、温度传感器10、红外收发器11、步进电机驱动模块12、ADC电源转换模块13、DAC电源转换模块14、以及RTC时钟模块15等。
[0023]BBII下载电缆。通过AS下载接口和JTAG下载接口，实现计算机上设计的硬件电路下载到核心板的数据传输功能。
[0024]本实用新型开设的数字逻辑电路实验包括:门电路、拨码开关、编码器、译解码器、多路复用器、比较器、加法器、移位寄存器、计数器、数字钟、A/D和D/A转换等。通过QuartusII进行数字电路设计并定义FPGA芯片I的引脚后，将程序下载到FPGA芯片1，即可直观的观察实验结果，有利于提高学生的学习兴趣；进入单片机学习阶段时，通过以单片机为核心、电子电路为外围设备的应用实例实验，将单片机的知识点和数字电路知识点贯通起来，本实用新型可进行单片机的最小系统实验包括:发光二极管试验、流水灯、七段数码管静态与动态显示、单片机定时器运用、单片机中断、矩阵键盘检测、温度显示、红外收发、步进电机驱动等。此外，学生还可根据个人特点，发挥主动性和创造性，依托实验平台设计以单片机为核心，结合数字逻辑电路和外围设备的综合性控制实验，进一步锻炼学生的创新能力。
[0025]实施例一:
[0026]如图2所示，所述七段显示驱动模块6包括有顺次连接的异步计数芯片74LS90和显示译码器芯片74LS47，采用74LS90构成模10计数器，通过显示译码器74LS47和七段数码管组成的一位数码显示电路，显示O到9的十进制计数过程。
[0027]设计电路时，把异步计数芯片74LS90的QA输出端连接到CLKB输入端，然后把计数脉冲CP加到CLKA输入端，同时SET9A、SET9B、CLRA和CLRB引脚接地，即可实现十进制计数功能；显示译码器芯片74LS47是TTL中规模集成显示译码器，输出低电平有效，与7段共阳数码管配合使用。显示译码器芯片74LS47把8421B⑶码转化驱动数码管的译码信号，驱动数码管的显示0-9十个数字。把显示译码器芯片74LS47的A、B、C和D输入引脚分别与异步计数芯片74LS90的QA、QB、QC和QD的输出引脚相连，同时显示译码器芯片74LS47的LTN、RBIN和BIN引脚接高电平，OA、0B、0C、0D、0E、OF、OG引脚分别与七段数码管的A、B、C、D、E、F和G引脚相连，从而构成了一位数码显示电路；电路设计完后进行编译并FPGA芯片I中的I/O相应的输入和输出管脚进行定义，最后通过JTAG下载接口下载到FPGA芯片I中进行实验。
[0028]实施例二:
[0029]如图3所示，所述温度传感器10顺次连接有单片机2、七段显示驱动模块6，其中所述七段显示驱动模块6为4-16线译码器芯片74HC154，通过I2C接口的LM75A温度传感器10，可以在-55 °C?+125 °C的温度范围内将温度直接转换为数字信号，并可实现0.125 °C的精度。
[0030]单片机2可以通过I2C总线直接读取其内部寄存器的数据，并通过I2C接口对4个数据寄存器进行操作，以设置为不同的工作模式。平台设置了 LM75A温度传感器10的SDA和SCL引脚与单片机的Pl.3和Pl.4引脚硬件相连，七段数码管18的片选引脚与4_16线译码器芯片74HC154的输出端硬件相连；当4-16线译码器芯片74HC154的选通端(0E1、0E2)均为低电平时，可将地址输入端(ABCD)的二进制编码在译码器对应的输出端以低电平有效的形式译出，则电路可通过地址端(ABCD)实现对七段数码管的片选控制。
【主权项】
1.一种多功能电子实验一体板，其特征在于包括有相互连接的FPGA芯片(I)和单片机(2)，所述FPGA芯片⑴上连接有液晶屏接口(3)、SD卡读取模块(4)、蜂鸣器(5)、七段码显示驱动模块(6)、LED指示灯(7)、矩阵键盘(8)、拨码开关(9)、温度传感器(10)、红外收发器(11)、步进电机驱动模块(12)、ADC电源转换模块(13)、DAC电源转换模块(14)、以及RTC时钟模块(15)，所述液晶屏接口(16)上连接有液晶屏(17)，所述七段码显示驱动模块(6)输出端连接有七段数码管(18)，所述步进电机驱动模块(12)输出端连接有步进电机(19)。
2.根据权利要求1所述的一种多功能电子实验一体板，其特征在于所述FPGA芯片(I)上还连接有AS下载接口和JTAG下载接口。
3.根据权利要求1所述的一种多功能电子实验一体板，其特征在于所述单片机(2)上还连接有烧写接口。
4.根据权利要求1所述的一种多功能电子实验一体板，其特征在于所述七段显示驱动模块(6)包括有顺次连接的异步计数芯片74LS90和显示译码器芯片74LS47。
5.根据权利要求1所述的一种多功能电子实验一体板，其特征在于所述温度传感器(10)顺次连接有单片机(2)、七段显示驱动模块(6)。
6.根据权利要求5所述的一种多功能电子实验一体板，其特征在于所述七段显示驱动模块(6)为4-16线译码器芯片74HC154。
【专利摘要】本实用新型公开了一种多功能电子实验一体板，包括有相互连接的FPGA芯片和单片机，所述FPGA芯片上连接有液晶屏接口、SD卡读取模块、蜂鸣器、七段码显示驱动模块、LED指示灯、矩阵键盘、拨码开关、温度传感器、红外收发器、步进电机驱动模块、ADC电源转换模块、DAC电源转换模块、以及RTC时钟模块，所述液晶屏接口上连接有液晶屏，所述七段码显示驱动模块输出端连接有七段数码管，所述步进电机驱动模块输出端连接有步进电机。通过对可编程逻辑器件FPGA的编程实现数字逻辑电路的设计与验证，以及单片机的开发与控制，使数字电路实验和单片机实验实现无缝衔接，提高教师课程教学的效率和学生的实践创新能力。
【IPC分类】G09B23-18
【公开号】CN204288623
【申请号】CN201420543629
【发明人】周文辉, 邓春健, 吕燚, 刘伟
【申请人】电子科技大学中山学院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年9月19日