Isp實驗儀的製作方法

2023-07-27 17:36:56

專利名稱：Isp實驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術教學儀器，特別是一種ISP(在系統編程)實驗儀。
背景技術：
目前大專院校電子信息類專業常用同類產品有EDA(電子設計自動化)實驗儀或稱EDA(電子設計自動化)實驗平臺。在教學使用中我們發現存在以下缺點1.缺少電氣保護措施，實驗中誤操作易損壞儀器，2.下載配置模塊不合理，JTAG接口一般直接與PC機插接，實驗中需要較長的編程電纜(而該電纜一般不能超過1.5米)，給使用帶來不方便，3.使用普通按鍵，輸出有抖動現象，無法產生嚴格的單脈衝。

發明內容本實用新型的目的就是要克服現有EDA實驗儀所存在的上述幾方面問題，提供一種新的ISP(在系統編程)實驗儀，以取代EDA實驗儀。
本實用新型的具體方案是ISP實驗儀，它包括有FPGA模塊，與其分別連接有LED數碼管，ROM存儲器，矩陣按鍵，開關按鍵，晶振時鐘源，連續可調時鐘源，並設置有電源模塊，功率驅動繼電器模塊，AD/DA模塊，模擬信號源模塊，RS232串行通信模塊，ISP/JTAG下載接口，備有通用晶片接口擴展區，特別是a.在所述電源模塊中增設了場效應管開關限流保護電路；b.增設了ISP/JTAG下載接口電路；c.在所述開關按鍵模塊中加入施密特去抖動電路；d.增加ISP單片機模塊，採用完整地址的總線模式同FPGA接口，並連接有RS232串行通信模塊以及ISP/JTAG下載接口。
本實用新型改進後具有以下特點a.由於電源部分具有限流保護功能，能夠及時發現電路故障，自動斷電，同時聲音報警，排除故障後，手動對電源復位，恢復供電。這樣最大限度防止了由於學生的誤操作而導致晶片損壞，實驗箱損壞的後果，延長了實驗箱的使用壽命。
b.增設了ISP/JTAG下載接口電路，將該接口電路直接設計到實驗儀主板上，使本實驗儀與PC機的連接距離不受限制。
c.集成了ISP(在系統編程)單片機系統，通過共享實驗箱的硬體資源可以開設單片機實驗，特別適合做單片機與可編程邏輯器件綜合應用實驗，可以作為大學生電子設計競賽訓練平臺用。
d.開關按鍵增加了去抖動電路，使得按鍵脈衝實現真正的單脈衝。


圖1是本實用新型的結構方框圖；圖2是本實用新型中的ISP單片機系統電路圖；圖3是本實用新型電路保護原理方框圖；圖4是本實用新型電路保護電路圖；圖5是本實用新型單脈衝按鍵電路原理圖；圖6是本實用新型單元電路預分配連接布置圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型由以下單元電路組成，FPGA模塊(含掉電保護電路)，系採用EPIK30TC144-3晶片，ISP單片機系統，8位數碼管顯示單元，8×8LED點陣單元，8×2發光二極體單元，AD、DA單元，ROM單元，4×4矩陣按鍵單元，脈衝按鍵單元，有源晶振時鐘源和連續可調時鐘源單元，串行通信接口單元，大功率驅動和繼電器模塊，通用晶片擴展模塊，ISP/JTAG下載模塊，並備有電源模塊。
各模塊間主要連接關係是8位數碼管採用段位並聯模式，同FPGA模塊通用IO引腳相連，8×8LED點陣單元、8×2發光二極體單元、蜂鳴器、8×8按鍵單元、脈衝按鍵單元分別同FPGA模塊通用IO引腳相連，有源晶振輸出接FPGA全局時鐘輸入引腳，ROM單元電路以總線(地址總線、數據總線、控制總線)模式同FPGA模塊相連。ISP下載模塊通過IO芯電纜可選擇同FPGA模塊和ISP單片機模塊相連。ISP單片機自帶地址鎖存器，採用完整地址(16bit)總線模式同FPGA模塊接口。其他模塊都對外開放引腳，可根據需要採用跳線相連。
特別是在本實用新型中1.電源限流保護方案考慮到學生在使用實驗箱時經常會誤操作，不帶保護的實驗箱特別容易損壞。在電源設計時充分考慮了種種誤操作，設計了有效的保護電路，具有過載(電流超過預定值)自動斷電功能，採用純電子開關控制，過流關斷反應速度快，同時聲音報警，故障排除後手動復位既恢復正常。這樣完全排除了學生在實驗過程中誤操作導致晶片燒毀的事件發生，最大限度的保護延長了實驗箱的使用壽命。
其電路保護原理參見圖3，圖中粗箭頭表示電流迴路，在迴路中串入一場效應管(SS6N60A)作為開關控制部件，電路正常時，斷路觸發電路輸出高電平維持場效應管導通，電路迴路正常，場效應管兩端(負載地和電源地)壓降為0.25V，即正常電壓取樣0.25V；當負載電路出現故障導致電流增大時，場效應管兩端的電壓會升高，該電壓信號反饋給斷路觸發電路作為取樣電壓，當該取樣電壓超過某一事先設定的值後，斷路觸發電路作用，輸出低電平使場效應管斷開，同時打開蜂鳴器報警，迴路斷開後，取樣電壓自舉升高，使得斷路觸發電路繼續維持輸出低電平，場效應管保持開路，負載電路得到保護，當負載電路故障排除後，復位電路重新使電路恢復正常。其具體電源保護電路結構參見圖4。
2.整合了ISP(在系統編程)單片機模塊，參見圖2。
a.以前單片機開發需要專門的編程器和仿真器，隨著ISP(InSystem Program，在系統編程)單片機的出現，單片機編程變得如此簡單，而且不再需要專門的編程器，本實驗箱主板集成了ISP單片機系統，通過共享實驗箱上的硬體資源，配合FPGA強大的外圍硬體設計，使得本實驗平臺可以完成一般單片機接口實驗和複雜單片機應用系統設計實驗。
b.ISP單片機系統電路如圖 所示，除了單片機最小系統(單片機晶片，時鐘晶振，復位電路)以外，還包括以下幾部分P1口擴展了LED排，ISP下載接口，P0口外接地址鎖存器，以總線方式對外開放接口。
c.在本實驗儀中，直接配備ISP/JTAG下載接口電路。
3.設置單脈衝按鍵方案其電路原理圖參見圖5。
原理分析利用電阻、電容充放電，過濾掉按鍵產生的多次抖動，同時利用施密特(74HC14)整形後產生嚴格的單脈衝輸出。
4.本實用新型中根據單元電路功能要求，基於FPGA晶片引腳可編程配置功能，事先將各單元電路輸入輸出進行合理分配，將需要連接的引腳靠近，使用DIP排針引出，方便使用配套「短路冒」連接，同時兼顧了開放與連接。參見圖6。
權利要求1.本實用新型是教學用的一種ISP實驗儀，它包括有FPGA模塊，與其分別連接有LED數碼管，ROM存儲器，矩陣按鍵，開關按鍵，晶振時鐘源，連續可調時鐘源，並設置有電源模塊，功率驅動繼電器模塊，AD/DA模塊，模擬信號源模塊，RS232串行通信模塊，ISP/JTAG下載接口，備有通用晶片接口擴展區，其特徵是a.在所述電源模塊中增設了場效應管開關限流保護電路；b.增設了ISP/JTAG下載接口電路；c.在所述開關按鍵模塊中加入施密特去抖動電路；d.增加ISP單片機模塊，採用完整地址的總線模式同FPGA接口，共享ISP/JTAG下載接口編程。
專利摘要本實用新型是教學用的一種ISP實驗儀，它包括有FPGA模塊，與其分別連接有LED數碼管，ROM存儲器，矩陣按鍵，開關按鍵，晶振時鐘源，連續可調時鐘源，並設置有電源模塊，功率驅動繼電器模塊，AD/DA模塊，模擬信號源模塊，RS232串行通信模塊，ISP/JTAG下載接口，備有通用晶片接口擴展區，特別是a.在所述電源模塊中增設了場效應管開關限流保護電路；b.在所述開關按鍵單元電路中加入了施密特去抖動電路；b.增設了ISP/JTAG下載接口電路；d.增加了ISP單片機模塊，可以採用完整地址的總線模式同FPGA連接；本實用新型克服了現有技術中缺少電氣保護措施，下載接口配置布局不合理等問題，特別適合於大專院校電子信息專業進行EDA技術實驗教學。
文檔編號G09B25/00GK2914224SQ200620096348
公開日2007年6月20日 申請日期2006年4月26日 優先權日2006年4月26日
發明者田開坤, 徐海霞, 彭琦 申請人:湖北師範學院