[实用新型]一种模块化设计的可编程实验开发装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种教学科研用实验装置，尤其是特别涉及一种教学科研用的可编程电子设计自动化(EDA)实验开发装置。

背景技术

EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写，EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率，减轻了设计者的劳动强度。

EDA已成为集成电路设计的一个重要特征。在高等院校所开设的数字集成电路、大规模可编程器件、硬件描述语言、DSP技术等EDA相关课程中，为加强教学效果，通常使用一种EDA实验系统或实验平台来辅助教学。在科研或工业设计中，这种实验系统为数字系统的设计带来的极大灵活性，也使之有广泛的应用。

中国专利200520091734.1公开了一种EDA技术学习平台，设有电路基板(1)，在电路基板(1)上设有主芯片模块插座，与主芯片模块插座相接有下载电缆，下载电缆与编程器相接；主芯片模块插座通过FPGA/CPLD通信模块与CPU模块相接，在电路基板(1)上还设置有16*16LED点阵显示模块、LCD显示模块、数据采集模块、脉冲产生电路、时基译码显示模块、交通灯模块及模拟开关。初学者可以很快地掌握高密度现场可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)的编程技术，以设计出合适的出合适的(ASIC)芯片。它的突出特点是将各常用电子模块集中于一电路基板上，并用编程器将大量逻辑功能集成于主芯片模块上。

目前，EDA实验系统基本上都采用一体化设计，即所谓“单板式”的设计模式。这类实验箱缺点有以下几个方面：1.由于采用了一体化设计结构，所有的电路和器件都在一块电路板上，主控模块和功能模块彼此完全独立，学生在实验过程中需进行连线，硬件较为复杂的实验会有大量的连线，这样硬件的可靠性大大降低，实验的成功率往往会降低。2.一体化设计思路使得实验系统在功能上难以根据需要进行扩展，不利于学生的创新设计，复杂系统难以实现。3.一体化实验系统的箱体体积较大，不便携带。4.EDA实验箱、单片机实验箱、DSP实验箱、ARM实验箱中很多功能模块的硬件电路是相同的，但不同实验箱上相同模块不能共享，存在资源浪费。

发明内容

本实用新型克服现有EDA实验系统存在的由于大量的连线所带来的硬件可靠性低、扩展功能不强、资源浪费等缺点，提供一种模块化设计的EDA实验系统，由于采用模块化设计，模块可以拆卸，解决目前同类实验装置在实验时需进行大量连线的缺点。该系统不仅能完成现有大部分可编程课程的实验项目，而且具有较强的扩展功能，在不同实验项目间充分合理利用资源；该系统的基本扩展模块不仅可以作为EDA实验系统的扩展功能模块，而且可以作为单片机、DSP、ARM等实验系统的扩展功能模块。

本实用新型装置解决其技术问题所采用的方案如下：

一种模块化设计的可编程实验开发装置，包括主板，其特征在于：主板为FPGA和单片机最小系统板，还包括至少两个扩展模块，主板和扩展模块之间通过总线连接。

本实用新型所述的EDA实验开发装置，整个系统除主板和扩展模块外，同现有的EDA实验装置一样，还包括电源、箱体、下载器和完成实验目的所需要的软件。本实用新型采用模块化设计，主板可以作为一个独立系统从箱体上取下。主板为独立的FPGA和单片机的最小系统，主板上可以进行基本的实验，比如流水灯、电子钟、液晶控制等实验。在主板上所有资源已经和主芯片的I/O连接，实验时不需再进行连线，仅在编程时进行引脚锁定即可。所述的主板由FPGA、EPC2、单片机、电源输入输出、标准信号接口和电源接口、RS232通信模块、数码管显示模块、LED流水灯、液晶显示模块、蜂鸣器模块和矩阵键盘组成。

本实用新型采用模块化设计方法，将综合性实验和设计性实验的功能模块分设在两个扩展模块上。扩展模块与主板之间通过总线连接，扩展模块采用26针自定义标准接口与主板上FPGA的I/O相连，或是由自定义的接口与主板连接。第一个扩展模块实现的功能包括AD0809实验、DAC0832实验；第二个扩展模块实现的功能包括步进电机实验、电梯控制实验、交通灯控制实验、信号频率测量实验。

除上述的至少两个扩展模块外，本实用新型还可以根据用户需要自行设计并增加扩展模块，比如用于进行创新性实验的模块，通过26针自定义标准接口与主板相连。