[实用新型]基于FPGA的新型微机原理与接口实验系统

权利要求书

1.基于FPGA的新型微机原理与接口实验系统，其特征在于：包括80x86处理器电路、地址译码电路、微机接口芯片电路、FPGA模块、通用IC扩展电路、输入设备、输出设备、通信接口、时钟电路、逻辑门电路、单脉冲电路、逻辑笔电路、以及蜂鸣器电路； 

所述的80x86处理器电路包括1块8088处理器、1块CPLD芯片、1块Flash存储器、1块SRAM存储器、1块UART芯片、USB桥接电路、时钟源、复位电路和总线驱动电路； 

8088处理器的地址总线（A19～A8，AD7～AD0）连接到CPLD的通用IO引脚，经CPLD锁存后一方面连接至Flash存储器、SRAM存储器和UART芯片的地址总线输入引脚，另一方面经过总线驱动电路的驱动后引出到地址总线插孔（AB15～AB0）上； 

8088处理器的地址/数据总线（AD7～AD0）一方面直接连接至Flash存储器、SRAM存储器和UART芯片的数据总线输入引脚，另一方面经过总线驱动电路的驱动后引出到数据总线插孔（DB7～DB0）上； 

8088处理器的IO/存储器控制信号读信号写信号地址锁存允许信号（ALE）、保持响应信号（HLDA）、数据允许信号中断请求信号（INTR）和中断响应信号连接到CPLD的通用IO引脚，经CPLD内部逻辑运算后产生控制信号,然后经过总线驱动电路的驱动后引出到控制总线插孔上； 

时钟源是1个有源晶振，其输出引脚与CPLD的全局时钟引脚相连，经CPLD内部分频后输出到8088的时钟信号输入引脚（CLK）； 

复位电路由1块复位芯片组成，其输出引脚与CPLD的全局置位/复位引脚相连，该信号在CPLD内部与时钟信号（CLK）进行同步后一方面输出到8088的复位信号输入引脚（RESET），另一方面经过总线驱动电路后引出到插孔（RST）上； 

CPLD还用于产生Flash存储器、SRAM存储器和UART芯片的片选信号； 

UART芯片实现8088处理器的异步串行通信，经USB桥接电路后转换为USB接口实现与开发主机的串行通信； 

所述的地址译码电路采用3-8译码器对80x86处理器电路引出的地址总线AB3～AB15进行全译码，将8条地址译码输出线引出到片选信号插孔上； 

所述的微机接口芯片电路包括1片8253定时/计数器扩展电路、1片8259A中断控制扩展电路、1片8255A并行接口扩展电路、1片8250A串行通信扩展电路、1路8位数/模转换电路、8路8位模/数转换电路。 

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的新型微机原理与接口实验系统，其特征在于：所述的FPGA模块包括FPGA芯片、存储器芯片组、USB Blaster下载模块、时钟电路、电源系统、以及扩展插座。 

3.根据权利要求2所述的基于FPGA的新型微机原理与接口实验系统，其特征在于：所述的FPGA芯片选用Altera公司的Cyclone II系列芯片，它支持Altera公司的Nios II嵌入式软核处理器； 

存储器芯片组由SDRAM、SRAM、Flash、以及用来保存FPGA配置信息的EPCS芯片组成； 

USB Blaster下载模块由1块提供USB信号串并转换的USB FIFO芯片和1块实现JTAG/AS模式数据收发的CPLD芯片实现，通过1个开关实现JTAG模式和AS模式的切换； 

时钟电路由2个有源晶振组成，1个24MHz的晶振一方面连接到CPLD芯片，另一方面连接到FPGA芯片；另一个50MHz的晶振连接到FPGA芯片； 

电源系统由3个电源转换芯片组成，其中2个用来给外围的各种存储芯片和FPGA的I/O引脚供电，1个用来提供FPGA的内核电压； 

FPGA芯片未使用的所有通用IO引脚引出到扩展插座。 

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的新型微机原理与接口实验系统，其特征在于：所述的通用IC扩展电路包括1个带锁紧的双列直插通用插座和2个双列直插通用插座，插座的所有引脚引出到了插孔上。 

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的新型微机原理与接口实验系统，其特征在于：所述的输入设备包括逻辑电平开关和键盘矩阵；逻辑电平开关的输出引脚，键盘矩阵的行输出引脚和列输入引脚全部引出到了插孔上。 

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的新型微机原理与接口实验系统，其特征在于： 

所述的输出设备包括LED指示灯，共阴极七段数码管，点阵LED，LCD液晶屏， 

所有输出设备的输入引脚全部引出到了插孔上； 

所述的通信接口包括RS-232接口和RS-485接口； 

所述的时钟电路提供时钟信号，同时对输入的时钟信号进行分频后输出到插孔上； 

所述的逻辑门电路包括与门、或门、非门和D触发器； 

所述的单脉冲电路采用RS触发器实现； 

所述的逻辑笔电路对输入数字信号的高低电平状态进行指示； 

所述的蜂鸣器电路由无源蜂鸣器实现。