专利名称：基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台。
背景技术：
目前国内外的专业可编程逻辑器件开发平台的用户定位较高，市面上的可编程逻辑器件 开发平台普遍存在因功能强大引起价格偏高的问题，不适合初学者和个人使用。同时目前国 内院校广泛采用的可编程逻辑器件实验箱，存在体积大，携带不便，扩展性差，自身外围设 备集成度不高等缺点。总之，在目前可编程逻辑器件教学领域，缺少一种供可编程逻辑器件 设计初学者在技术入门阶段使用，功能较全面且价格便宜的开发平台。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种介于专业可编程逻辑器件开发平台和教学用可编程逻辑 实验箱之间的实验电路开发平台，具有成本低廉、功能强大、速度高、通用性强、简单易用 的特点。
本实用新型采用如下技术方案
一种基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，包括母板和扩展子板，其特征在于母板
上包括电源模块、串口通讯模块、USB通讯模块、液晶显示模块、LED灯设备、七段码显示 设备、下载口、可编程逻辑器件主芯片、并口扩展槽、蜂鸣器模块、拨动开关设备和按钮开 关设备，电源模块提供2.5V、 3.3V和5V电源，串口通讯模块与可编程逻辑器件主芯片的串 口通讯引脚连接，USB通讯模块与可编程逻辑器件主芯片的USB通讯引脚连接，液晶显示模 块、LED灯设备、七段码显示设备分别与可编程逻辑器件主芯片对应的显示设备控制引脚连 接，下载口与可编程逻辑器件主芯片的JTAG下载引脚连接、并口扩展槽与可编程逻辑器件 主芯片的并口引脚连接，蜂鸣器模块与可编程逻辑器件主芯片的蜂鸣器控制引脚连接，拨动 开关设备、按钮开关设备分别和可编程逻辑器件主芯片的对应的开关控制引脚连接。
优选地，所述可编程逻辑器件主芯片采用Altera公司低成本CPLD (Complex Programable Logic Device复杂可编程逻辑器件)MAX II系列芯片EPM1270。
本实用新型采用可编程逻辑器件作为系统核心，在系统母板上集成了包括串口通讯、USB 通讯、液晶显示、LED灯、七段码显示设备、下载口、蜂鸣器、拨动开关、按钮开关以及并
口扩展插槽等在内的外围设备，硬件资源非常丰富。尤其采用Altera低成本CPLD MaxII系 列芯片EPM1270，能配合Altera专用开发环境Quartus II,使可编程逻辑器件领域的初学者避 免繁琐的设计步骤，专心于程序的设计，迅速增强自身硬件编程能力，无论是在老师课堂教 学还是在学生自主开发项目方面，都有着广阔的应用前景。
本实用新型的并口扩展槽包括两个二十针标准并口扩展插槽，可以连接各种扩展子板以 实现开发平台的扩展功能，如交通灯实验子板、AD/DA (数模/模数转换)实验子板、点阵型 LCD (液晶显示器)显示子板、4X4键盘扩展子板、VGA (视频图形阵列)显示输出及PS2 接口输入扩展功能子板等。平台用户也可以根据项目开发需要自行设计子板，通过并口扩展 槽实现与母板芯片的互连。
本实用新型具有以下优点和积极效果；
第一，本实用新型采用了功能强大、资源丰富的可编程逻辑器件芯片作为系统核心，在 保证整个系统拥有良好性能的同时，大大降低了开发平台的成本，适合作为入门级实验电路 开发平台供学校实验教学和个人学习者使用。
第二，本实用新型的系统母板上集成了基本外围器件设备，包括有LED灯设备、七段码 显示设备、拨动开关设备、按钮开关设备，使得整个实验开发平台拥有一个完整基础逻辑系 统的基本特征，适合初学者使用并掌握。
第三，本实用新型的系统母板上集成了常用外围器件模块，包括有串口通信模块、USB 通信模块、液晶显示模块、蜂鸣器模块，这些常用外围器件模块使得整个开发平台拥有强大 的外围支持，使用者可以在不需要添加外围扩展电路的情况下就实现强大的功能。
第四，本实用新型的系统母板集成有两个标准并口扩展插槽，需要更多外围支持的用户 可以通过外接子板的方式扩展电路。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的阐述。
图1为本实用新型系统母板的结构框图。
图2为本实用新型系统母板主芯片的部分引脚分配图。
图3为本实用新型电源模块的原理图。
图4为本实用新型串口通讯模块的原理图。
图5为本实用新型USB通讯模块的原理图。
图6为本实用新型液晶显示模块的原理图。
图7为本实用新型LED灯设备的原理图。
图8为本实用新型七段码显示设备的原理图。
图9为本实用新型下载口与主芯片连接电路图。
图io为本实用新型并口扩展插槽的原理图。
图11为本实用新型蜂鸣器模块的原理图。
图12为本实用新型拨动开关设备的原理图。
图13为本实用新型按钮开关设备的原理图。
具体实施方式
由
图1可知，本实用新型的系统母板上包括电源模块1、串口通讯模块2、 USB通讯模 块3、液晶显示模块4、 LED灯设备5、七段码显示设备6、下载口 7、可编程逻辑器件主芯 片8、并口扩展槽9、蜂鸣器模块IO、拨动开关设备11和按钮开关设备12，电源模块l提供 2.5V、 3.3V禾卩5V电源，串口通讯模块2与可编程逻辑器件主芯片8的串口通讯引脚连接， USB通讯模块3与可编程逻辑器件主芯片8的USB通讯引脚连接，液晶显示模块4、 LED灯 设备5、七段码显示设备6分别与可编程逻辑器件主芯片8对应的显示设备控制引脚连接， 下载口 7与可编程逻辑器件主芯片8的JTAG下载引脚连接、并口扩展槽9与可编程逻辑器 件主芯片8的并口引脚连接，蜂鸣器模块10与可编程逻辑器件主芯片8的蜂鸣器控制引脚连 接，拨动开关设备11、按钮开关设备12分别和可编程逻辑器件主芯片8的对应的开关控制 引脚连接。
可编程逻辑器件主芯片8采用Altera公司低成本CPLD MAX II系列芯片EPM1270，其 引脚分配图如图2所示。 由图3可知，电源模块1可以选择USB供电或者直流电源供电，输入电压为5V，通过 芯片LM317电平转换，为整个电路板输出5V (图中P0WER-2)， 3.3V， 2.5V三种电压以供 各母板上的芯片使用。
由图4可知，串口通讯模块2利用(图中U6)将主芯片I/O的3.3v电压与计算机串口 10V的电压进行转换，电平转换芯片MAX232的引脚T2IN接可编程逻辑器件主芯片8的I/O 引脚Pin7，电平转换芯片MAX232的引脚R20UT接可编程逻辑器件主芯片8的I/O引脚Pin8， 电平转换芯片MAX232的引脚T20UT、 R2IN分别与计算机串口对应端口连接，以实现实验 电路开发平台与计算机的基于RS-232协议的串行通讯，其中可编程逻辑器件主芯片8的I/O 引脚Pin7负责发送串行数据到计算机，Pin8负责接收来自计算机的串行数据，
由图5可知，USB通讯模块3包括USB转并口芯片FT245和6M无源贴片晶振Y1，通 过USB转并口芯片FT245将复杂的USB通信协议转换成简单的并口通信协议，以实现与计 算机的USB通信。USB转并口芯片FT245的8位并口数据口 USB-D0~USB-D7分别接可编 程逻辑器件主芯片8的I/O引脚Pinl32~134、 Pinl37~141，端口 USB—RXFN、 USB_WU、 USB—PWREN、 USB—RDN、 USB—WR和USB—TXEN分别接可编程逻辑器件主芯片8的引脚
Pinl~3、 Pinl42 Pin144。
由图6可知，液晶显示模块4采用16x2字符型液晶模组，由电源模块l供电，通过一个 lk的小型滑动变阻器RR调节对比度。液晶数据位LCD-I012~ LCD-I05分别由可编程逻辑器 件主芯片8的I/O引脚Pinl08 U4、 Pinl17控制，液晶使能端LCD-I04由可编程逻辑器件主 芯片8的Pinl18控帝U，液晶模组的端口 RW， SELECT, CONT分别与Pinll9 Pin121相连接。
由图7可知，LED灯设备5包括LED8 LED1，分别通过电阻直接与可编程逻辑器件主 芯片8的引脚相连，受可编程逻辑器件主芯片8直接控制。排阻PB5， PB6起分压限流作用。 可编程逻辑器件主芯片8的I/O引脚Pinl22 Pin125、 Pinl27、 Pinl29 Pin131分别连接LED 灯设备LED8 LED1。
由图8可知，七段码显示设备6包括7SEG1—A 7SEG1—G， 7SEG2—A 7SEG2—G，分别 通过电阻直接与可编程逻辑器件主芯片8的I/O引脚Pinll Pin16、 Pin20 Pin24、 Pin27 Pin29 相连，受可编程逻辑器件主芯片8直接控制。排阻PB1， PB2， PB3， PB4起分压限流作用。
由图9可知，下载口 7使用标准JTAG下载，接口插座J2的9脚、5脚、3脚、1脚分 别接可编程逻辑器件主芯片8的I/0引脚Pin34、 Pin33、 Pin36、 Pin35。
由
图10可知，并口扩展槽9包括2个标准二十针并口插槽，其针脚分别通过电阻与可编 程逻辑器件主芯片8的I/O引脚Pin75~Pin81、Pin84~Pin89、Pin91、Pin93~Pin96、Pin53、Pin55、 Pin57 P固、Pin62、 Pin63、 Pin66、 Pin97、 Pin98、 Pinl01 Pin107相连，受可编程逻辑器 件主芯片8直接控制。排阻PB13 22起分压限流作用。根据扩展子板设计的不同，可以对 可编程逻辑器件主芯片8的I/O引脚进行编程定义，并通过并口插槽实现可编程逻辑器件主 芯片8的I/O引脚与扩展子板上对应引脚之间一一对应的电连接关系。本实用新型通过并口 扩展槽9可以连接各种扩展子板以实现开发平台的扩展功能。
由
图11可知，蜂鸣器模块10包括蜂鸣器SPEAKER和运算放大器LM386，蜂鸣器 SPEAKER通过运算放大器与可编程逻辑器件主芯片8连接，可编程逻辑器件主芯片8的I/O 引脚Pin52与运算放大器LM386的控制输入端(3脚)连接，通过电容C401的滤波后，实 现主芯片控制蜂鸣器变频发声。
由
图12可知，拨动开关设备11包括拨动开关SW8 SW1，分别通过电阻与可编程逻辑 器件主芯片8的引脚Pin30 Pin32、 Pin37 Pin41连接，受主芯片8直接控制，排阻PB7， PB8， PB30， PB31起分压限流作用。
由
图13可知，按钮开关设备12包括按钮开关KEY1 KEY8，分别通过电阻与可编程逻 辑器件主芯片8的引脚Pin42 Pin45、 Pin48 Pin51连接，受主芯片8直接控制，排阻PB23， PB24起分压限流作用。
权利要求1、一种基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，包括母板和扩展子板，其特征在于母板上包括电源模块(1)、串口通讯模块(2)、USB通讯模块(3)、液晶显示模块(4)、LED灯设备(5)、七段码显示设备(6)、下载口(7)、可编程逻辑器件主芯片(8)、并口扩展槽(9)、蜂鸣器模块(10)、拨动开关设备(11)和按钮开关设备(12)，电源模块(1)提供2.5V、3.3V和5V电源，串口通讯模块(2)与可编程逻辑器件主芯片(8)的串口通讯引脚连接，USB通讯模块(3)与可编程逻辑器件主芯片(8)的USB通讯引脚连接，液晶显示模块(4)、LED灯设备(5)、七段码显示设备(6)分别与可编程逻辑器件主芯片(8)对应的显示设备控制引脚连接，下载口(7)与可编程逻辑器件主芯片(8)的JTAG下载引脚连接、并口扩展槽(9)与可编程逻辑器件主芯片(8)的并口引脚连接，蜂鸣器模块(10)与可编程逻辑器件主芯片(8)的蜂鸣器控制引脚连接，拨动开关设备(11)、按钮开关设备(12)分别和可编程逻辑器件主芯片(8)的对应的开关控制引脚连接。
2. 如权利要求l所述的基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，其特征在于所述可编 程逻辑器件主芯片(8)采用Altera公司低成本CPLD MAX II系列芯片EPM1270。
3.如权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，其特征在于所述可编 程逻辑器件主芯片(8)的I/O引脚Pin7负责发送串行数据到计算机，Pin8负责接收来自计 算机的串行数据，用于实现实验电路开发平台与计算机的串行通讯。
4. 如权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，其特征在于所述USB 通讯模块(3)用于实现实验电路开发平台与计算机的USB通讯，包括USB转并口芯片和6M 无源贴片晶振，可编程逻辑器件主芯片(8)的I/O引脚Pinl32~134、 Pinl37~141与USB转 并口芯片的8位并口数据口相连，可编程逻辑器件主芯片(8)的I/0引脚Pinl 3、Pinl42 Pin144 分别接USB转并口芯片的端口 USB—RXFN、 USB—WU、 USB—PWREN、 USB—RDN、 USB_WR 和USB—TXEN。
5. 如权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，其特征在于所述并口 扩展槽(9)用于实现母板和扩展子板的连接，包括2个标准并口插槽，并口与可编程逻辑器 件主芯片(8)的l/0引脚Pin75 Pin81、 Pin84 Pin89、 Pin91、 Pin93 Pin96、 Pin53、 Pin55、 Pin57 Pin60、 Pin62、 Pin63、 Pin66、 Pin97、 Pin98、 Pinl01 Pin107相连。
6. 如权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，其特征在于所述液晶 显示模块(4)采用16x2字符型液晶模组，通过一个滑动变阻器调节液晶的对比度，可编程 逻辑器件主芯片(8)的l/0引脚Pin108 114、 Pinll7控制液晶数据位，Pinl18控制液晶使能，Pinll9 Pin121分别与液晶模组的端口 RW, SELECT, CONT相连接，实现对液晶显示模块 (4)的控制。
7、 如权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，其特征在于所述可编 程逻辑器件主芯片(8)的l/0引脚Pinl22 Pin125、 Pinl27、 Pinl29 Pin131分别连接LED灯 设备LED8 LED1; Pinll Pin16、 Pin20 Pin24、 Pin27 Pin29分别连接七段码显示设备 7SEG1—A-7SEG1—G， 7SEG2—A~7SEG2_G; Pin30 Pin32、 Pin37 Pin41分别连接拨动开关设 备SW8 SW1; Pin42 Pin45、 Pin48 Pin51分别连接按钮开关设备KEY1 KEY8，实现可编程 逻辑器件主芯片(8)对发光设备的控制，并接收开关设备的输入反馈。
8、 如权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，其特征在于所述蜂鸣 器模块(10)包括蜂鸣器和运算放大器，蜂鸣器通过运算放大器与可编程逻辑器件主芯片(8) 连接，可编程逻辑器件主芯片(8)的l/0引脚Pin52与运算放大器的控制输入端连接，实现 对蜂鸣器模块(10)的控制。
专利摘要本实用新型公开一种基于可编程逻辑器件的实验电路开发平台，包括母板和扩展子板，其特征在于母板上包括电源模块、串口通讯模块、USB通讯模块、液晶显示模块、LED灯设备、七段码显示设备、下载口、可编程逻辑器件主芯片、并口扩展槽、蜂鸣器模块、拨动开关设备和按钮开关设备，外围设备和可编程逻辑器件主芯片的管脚分别相连接。本实用新型采用功能强大、资源丰富的可编程逻辑器件芯片作为系统核心，在保证整个系统拥有良好性能的同时，大大降低了开发平台的成本，适合作为入门级实验电路开发平台供学校实验教学和个人学习者使用。
文档编号G09B25/00GK201177909SQ200820034258
公开日2009年1月7日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者朱志豪, 汤勇明, 超 瞿, 卉 石 申请人:东南大学