一種教學用可攜式四線合一的eda及sopc實驗板的製作方法
2023-10-04 10:35:09
一種教學用可攜式四線合一的eda及sopc實驗板的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種教學用可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板，實驗板包括設置於實驗板中央的核心板，核心板上安放有SOPC晶片，核心板通過USERIO分別將SOPC晶片與實驗板上的串型配置器、音頻編解碼器、USB微控制器、乙太網控制器連接；實驗板上還設有與核心板USERIO接口連接的DA轉換器和AD轉換器；實驗板上的USB口通過四線合一的USB線與電腦連接；四線合一的USB線集合了電源線、下載線、調試線、與PC機通訊的串口線的功能。該實驗板攜帶方便，功能完善，適用範圍廣泛，能夠作為EDA課程和SOPC課程的配套實驗儀器使用；且開發成本較低廉，易於維護，具有極佳的實際使用效果。
【專利說明】—種教學用可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電子教學實驗用的電路板，具體涉及一種教學用可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板。
【背景技術】
[0002]EDA即為電子設計自動化，它是在上世紀70年代的電子CAD技術基礎上發展起來的計算機軟體系統，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動設計。SOPC即為可編程片上系統，它是Altera公司於本世紀初提出來的一種靈活、高效的基於FPGA的SoC解決方案。本實用新型所述EDA和SOPC均是以FPGA為基礎，目前EDA技術和SOPC技術已被廣泛應用於儀器儀表、智能識別以及嵌入式設備等應用領域。為了使教學面向社會各應用領域，為社會培養更多更好的技術型、應用型人才，國內很多高校均已開設EDA課程，部分高校開設了 SOPC課程。EDA課程和SOPC課程都是技術性和實踐性很強的課程，因此，實驗教學佔有重要地位。
[0003]而傳統用於EDA及SOPC實驗教學的試驗箱維護成本高，設備笨重，大多均是綜合多個實驗項目的平臺，內部結構複雜，沒有完整的實驗設計圖，學生難以理解實驗原理。為了方便教學，實驗臺還採用了集成化的封裝，學生做實驗時，只需調用設計好的實驗，正確連線，就能得到最終結果。這樣，學生不但缺少參與性，而且很難在EDA及SOPC的實際設計能力上得到鍛鍊。
實用新型內容
[0004]本實用新型需要解決的技術問題就在於克服現有技術的缺陷，提供一種教學用可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板，該實驗板攜帶方便，功能完善，適用範圍廣泛，已經能夠作為EDA課程和SOPC課程的配套實驗儀器使用，並且可以作為畢業設計指導儀器，學生創新實驗指導儀器，大學生電子設計大賽培訓設備等使用。使學生對EDA技術和SOPC技術的掌握更加深刻，電路設計和調試技能都有很大的提高，且開發成本較低廉，易於維護，具有極佳的實際使用效果。
[0005]為解決上述問題，本實用新型採用如下技術方案:
[0006]一種教學用可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板，所述實驗板包括設置於實驗板中央的核心板，核心板上安放有SOPC晶片，核心板通過USER 1分別將SOPC晶片與實驗板上的串型配置器、音頻編解碼器、USB微控制器、乙太網控制器連接；實驗板上還設有與核心板USER 1接口連接的14位並行高速DA轉換器和12位高速AD轉換器；核心板通過PO口分別與實驗板上的按鍵、LED跑馬燈、VGA輸出口、SD卡槽、PS/2接口連接；實驗板上設有8個按鍵；
[0007]實驗板上的USB 口通過四線合一的USB線與電腦連接，USB微控制器能夠實現多種功能集合在USB 口上實現；四線合一的USB線集合了電源線、下載線、調試線、與PC機通訊的串口線的使用功能，只使用USB線即可實現四種功能，四線合一的USB線是單獨的一根常規的USB線，所述的四線合一是一根USB線能夠實現傳統的四根線的功能；電源功能通過直接從USB 口取電實現；串口通信功能通過FT232 USB轉串口晶片實現；下載和調試功能通過一個USB轉JTAG模塊實現；
[0008]其中的USB微控制器，實驗板可以通過USB微控制器CY7C68013A將數據保存到外部U盤上，或者可以和電腦通過USB協議傳輸數據。
[0009]實驗板上還設有與SOPC晶片通過核心板上的USER 1 口連接的FLASH存儲器、SRAM存儲器、SDRAM存儲器；FLASH存儲器、SRAM存儲器、SDRAM存儲器、串型配置器EPCS16均設置在核心板上。
[0010]音頻解碼器上設有音頻輸入口和音頻輸出口 ；
[0011]實驗板上還設有與核心板連接的4位七段共陽數碼管。
[0012]優選的，SOP晶片的型號為EP3C25F324 ；
[0013]USB微控制器的型號為CY7C68013A ；
[0014]音頻編解碼器是型號為TLV320A的高性能立體聲音頻編解碼器；
[0015]乙太網控制器的型號為DM9000AEP ；
[0016]串型配置器的型號為EPCS16。
[0017]優選的，14位並行高速DA轉換器的型號為DAC904，所述轉換器是14位解析度的D/A轉換集成晶片；所述轉換器的引腳兼容DAC908、DAC900、DAC902，分別提供8位、10位、12位解析度選擇；所述轉換器的轉換速率大於165Msps。該DA轉換器具有優良的動態性倉泛。
[0018]優選的，12位高速AD轉換器的型號為AD9226，所述轉換器為單電源供電、12位精度，所述轉換器的轉換速率為65Msps ;所述轉換器片內集成高性能的採樣保持放大器和參考電壓源。
[0019]優選的，音頻編解碼器內置有支持mic和line in 二選一輸入方式的耳機輸出放大器。輸入和輸出都具有可編程的增益調節功能。
[0020]優選的，乙太網控制器包含一個10/100M自適應的PHY和4K DWORD值的SRAM。
[0021]優選的，USB微控制器CY7C68013A是Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列低功耗版本單片機；所述USB微控制器具有和8051單片機兼容的CPU和指令系統，包括USB接口和完整的USB 2.0協議引擎。
[0022]本實驗板的使用方法為:
[0023]1.首先安裝好相關的EDA開發軟體(如Quartus)；
[0024]2.通過USB 口連接電腦給實驗板上電；
[0025]3.通過EDA軟體編寫程序之後，通過USB 口下載程序，並可以通過USB 口對程序進行在線調試；
[0026]4.如要使用串口通信功能，首先電腦上安裝相應串口通信軟體和驅動程序，並編寫實驗板串口通信程序，然後實驗板就可以通過USB 口和電腦完成串口通信。隨後即可進行相關的實驗板的教學或實驗使用。
[0027]根據實驗板上集成的模塊完成以下基礎實驗:VGA接口驅動實驗，PS/2接口通信實驗，USB通信實驗，N1S軟核設計實驗，外設模塊設計實驗，SOPC的P1 口使用實驗，UART控制器通信實驗，P1中斷實驗，定時器使用和定時器中斷實驗，以及基於單個的基礎實驗擴展出來的組合實驗，上述基礎實驗均可任意組合，基於SOPC的UC/OS-1I作業系統應用實驗，Flash Programmer使用實驗，乙太網接口通信實驗,上述基礎實驗均可任意組合,再利用擴展口進行模塊擴展，則可以圍繞EDA及SOPC實驗板進行更多的實驗。
[0028]本實用新型的有益效果是:本實用新型實驗板攜帶方便，功能完善，適用範圍廣泛。新型可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板已廣泛應用於EDA和SOPC課程教學，本科生畢業設計指導，學生創新實驗指導，本科生實踐教學，北京市大學生電子設計大賽賽前培訓，全國大學生電子設計大賽賽前培訓。EDA及SOPC實驗板能很好的幫助學生學習和使用EDA技術和SOPC技術，使理論知識轉換為實踐技能，使學生對EDA和SOPC知識的掌握更加深刻，電路設計和調試技能都有很大的提聞。
[0029]本實用新型的實驗板開發成本較低廉，易於維護，具有極佳的實際使用效果。
[0030]本實用新型採用USB 口通過四線合一的USB線與電腦連接；四線合一的USB線集合了電源線、下載線、調試線、與PC機通訊的串口線；能夠實現簡潔的連接方式，具有較高的穩定性和傳輸效率。實驗板只需要一根配套的USB線就可以實現供電、程序下載、調試、與PC機通信的功能，克服了傳統實驗箱的缺點，攜帶方便，功能完善，適用範圍廣泛，且開發成本較低廉，易於維護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型實驗板的電路結構框圖。
[0032]圖2為傳統的實驗板與PC機連接圖。
[0033]圖中:I為EP3C25F324核心板，2為按鍵和LED燈，3為VGA輸出口，4為SD卡槽，5為PS/2接口，6為串行配置器EPCS16，7為音頻編解碼器TLV320A，8為太網控制器DM9000AEP, 9為USB微控制器CY7C68013A，10為12位高速AD轉換器AD9226，11為14位並行高速DA轉換器DAC904。
[0034]21為傳統EDA及SOPC實驗板的電源線，22為傳統EDA及SOPC實驗板的串口線，23為傳統EDA及SOPC實驗板的下載線，24為傳統EDA及SOPC實驗板的調試線。
【具體實施方式】
[0035]實施例1
[0036]如圖1所示，本實用新型為一種教學用可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板，所述實驗板包括設置於實驗板中央的核心板，核心板上安放有SOPC晶片，核心板通過USER1分別將SOPC晶片與實驗板上的串型配置器、音頻編解碼器、USB微控制器、乙太網控制器連接；實驗板上還設有與核心板USER 1接口連接的14位並行高速DA轉換器和12位高速AD轉換器；核心板通過PO 口分別與實驗板上的按鍵、LED跑馬燈、VGA輸出口、SD卡槽、PS/2接口連接；實驗板上設有8個按鍵；
[0037]本實用新型採用USB 口通過四線合一的USB線與電腦連接；四線合一的USB線集合了電源線、下載線、調試線、與PC機通訊的串口線；
[0038]實驗板上還設有與SOPC晶片通過核心板上的USER 1 口連接的FLASH存儲器、SRAM存儲器、SDRAM存儲器；音頻解碼器上設有音頻輸入口和音頻輸出口 ；實驗板上還設有與核心板連接的4位七段共陽數碼管。
[0039]SOP晶片的型號為EP3C25F324 ；USB微控制器的型號為CY7C68013A ;音頻編解碼器是型號為TLV320A的高性能立體聲音頻編解碼器；乙太網控制器的型號為DM9000AEP ;串型配置器的型號為EPCS16。
[0040]14位並行高速DA轉換器的型號為DAC904，所述轉換器是14位解析度的D/A轉換集成晶片；所述轉換器的引腳兼容DAC908、DAC900、DAC902，分別提供8位、10位、12位解析度選擇；所述轉換器的轉換速率大於165Msps。該DA轉換器具有優良的動態性能。
[0041]12位高速AD轉換器的型號為AD9226，所述轉換器為單電源供電、12位精度，所述轉換器的轉換速率為65Msps ;所述轉換器片內集成高性能的採樣保持放大器和參考電壓源。
[0042]音頻編解碼器內置有支持mic和line in 二選一輸入方式的耳機輸出放大器。輸入和輸出都具有可編程的增益調節功能。
[0043]乙太網控制器包含一個10/100M自適應的PHY和4K DWORD值的SRAM。USB微控制器CY7C68013A是Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列低功耗版本單片機；所述USB微控制器具有和8051單片機兼容的CPU和指令系統，包括USB接口和完整的USB 2.0協議引擎。本實用新型中採用的調試軟體、驅動程序等均為現有的成熟技術，在本實施例中不再敘述。
[0044]圖2中傳統的連接方式需要使用四根線與電腦連接，使用極為不便。相比之下，本實用新型的實驗板具有結構緊湊、連接簡潔、使用方便、易於攜帶的優勢。
[0045]最後應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型的保護範圍之中。
【權利要求】
1.一種教學用可攜式四線合一的EDA及SOPC實驗板，其特徵在於，所述實驗板包括設置於實驗板中央的核心板，核心板上安放有SOPC晶片，核心板通過USER 1分別將SOPC晶片與實驗板上的串型配置器、音頻編解碼器、USB微控制器、乙太網控制器連接；實驗板上還設有與核心板USER 1接口連接的14位並行高速DA轉換器和12位高速AD轉換器；核心板通過USER 1分別與實驗板上的按鍵、LED跑馬燈、VGA輸出口、SD卡槽、PS/2接口連接；實驗板上設有8個按鍵； 實驗板上的USB 口通過四線合一的USB線與電腦連接；四線合一的USB線集合了電源線、下載線、調試線、與PC機通訊的串口線的使用功能； 實驗板上還設有與SOPC晶片通過核心板上的USER 1 口連接的FLASH存儲器、SRAM存儲器、SDRAM存儲器； 音頻解碼器上設有音頻輸入口和音頻輸出口； 實驗板上還設有與核心板連接的4位七段共陽數碼管。
2.如權利要求1所述的實驗板，其特徵在於，SOP晶片的型號為EP3C25F324； USB微控制器的型號為CY7C68013A ； 音頻編解碼器是型號為TLV320A的高性能立體聲音頻編解碼器； 乙太網控制器的型號為DM9000AEP ； 串型配置器的型號為EPCS16。
3.如權利要求2所述的實驗板，其特徵在於，14位並行高速DA轉換器的型號為DAC904，所述轉換器是14位解析度的D/A轉換集成晶片；所述轉換器的引腳兼容DAC908、DAC900、DAC902,分別提供8位、10位、12位解析度選擇；所述轉換器的轉換速率大於165Msps。
4.如權利要求3所述的實驗板，其特徵在於，12位高速AD轉換器的型號為AD9226，所述轉換器為單電源供電、12位精度，所述轉換器的轉換速率為65Msps;所述轉換器片內集成高性能的採樣保持放大器和參考電壓源。
5.如權利要求4所述的實驗板,其特徵在於,音頻編解碼器內置有支持mic和linein二選一輸入方式的耳機輸出放大器。
6.如權利要求5所述的實驗板，其特徵在於，乙太網控制器包含一個10/100M自適應的PHY 和 4K DWORD 值的 SRAM。
7.如權利要求6所述的實驗板，其特徵在於，USB微控制器CY7C68013A是Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列低功耗版本單片機；所述USB微控制器具有和8051單片機兼容的CPU和指令系統，包括USB接口和完整的USB 2.0協議引擎。
【文檔編號】G09B19/00GK204087580SQ201420626924
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】張啟升, 朱家輝, 楊傑, 黃建宇, 樂恆, 孔強, 崔辰元 申請人:中國地質大學（北京）, 北京市第三十五中學