[发明专利]一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统和方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种电子技术领域，特别涉及一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统和方法。

【背景技术】

数字电子技术实验是电子类专业的主要实验课程，其课程的主要目的是通过实验使学生掌握数字逻辑芯片的使用方法和数字逻辑单元电路的功能。目前通常采用74系列中小规模数字芯片进行实验。

目前的数字电子技术实验由数字电路实验箱来完成。数字电路实验箱主要提供电源、脉冲信号模块、逻辑开关、指示灯、按键、蜂鸣器、数码管以及一用于搭接电路的面包板等，并由学生在面包板上利用74系列芯片或CD4000系列数字逻辑芯片搭建数字电路，完成实验的过程。该课程设计的主要目的是让学生能够自己动手搭建电路，并在实验的过程中掌握数字逻辑芯片的使用方法以及数字逻辑单元电路的功能。

现有数字电路实验箱存在的技术问题有：

(1)74系列的型号数量很多，达180多种。因教学经费限制，实验室不可能准备所有的型号，只能准备少数典型的数字芯片，限制了学生在设计实验方案时的选择范围；

(2)每次实验前，教师需要检查、分发多种芯片，种类和数量都很多。实验完成后，教师需要回收、按型号进行分类、并检查芯片是否损坏，工作量很大；

(3)损耗较大。因学生初学本课程，经常出现由电源接反损坏芯片的现象，每个学期都需要采购一批新的芯片。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统，其利用可编程逻辑器件，在单片机编程控制下，仿真实现并替代目前电子技术实验中所需的具体芯片，对学生而言，可选择的数字芯片型号不受限制，与实际的74系列芯片(或CD4000系列数字逻辑芯片)具有相同的逻辑功能，因此，本发明不仅让学生能够自己动手搭建电路，并在实验的过程中掌握数字逻辑芯片的使用方法以及数字逻辑单元电路的功能，同时，本发明减少了实际芯片的损耗，大大减少了教师的实验准备和回收工作。为准备新的实验项目，教师只需要对FPGA编程，写入所需要的74系列芯片(或CD4000系列数字逻辑芯片)的组合即可。

本发明技术方案一解决上述技术问题；

一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统，包括一电源、一计算机、一设有显示屏的单片机系统、至少一可编程逻辑器件以及一数字电路实验箱，所述电源为所述单片机系统、可编程逻辑器件以及数字电路实验箱供电，所述数字电路实验箱包括复数个仿真芯片插座，所述可编程逻辑器件上的输入/输出引脚与所述仿真芯片插座的引脚相连接，且连接的关系为一一对应连接，其连接的数量由仿真芯片插座的数量决定；所述计算机连接所述单片机系统，所述单片机系统连接所述可编程逻辑器件。

进一步地，所述可编程逻辑器件为FPGA芯片或CPLD芯片。

进一步地，所述单片机系统还包括一单片机最小系统、一Flash存储器以及复数个按键，所述Flash存储器、显示屏以及复数个按键均连接至所述单片机最小系统，所述单片机最小系统分别连接所述计算机和所述可编程逻辑器件。

进一步地，所述数字电路实验箱还包括数码管、逻辑开关、脉冲信号模块、按键、蜂鸣器以及指示灯。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验方法，该方法基于所述基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统实现，其解决了相同的技术问题。

技术方案二

本发明技术方案二解决上述技术问题：

一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验方法，该实验方法是基于权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统实现的，先对各仿真芯片插座进行编号，然后执行如下步骤：

步骤1、在计算机上，选择需要使用的仿真芯片插座的编号；

步骤2、在计算机上，为各个所选编号对应的仿真芯片插座确定一个对应的仿真芯片的型号，而后由计算机生成各所述型号的仿真芯片的分配信息，并自动生成各所述型号的仿真芯片与可编程逻辑器件的引脚对照表；

步骤3、在计算机上，通过支持FPGA/CPLD开发的软件，采用电路原理图输入的方式，输入所述各所述型号的仿真芯片；

步骤4、在计算机上，通过所述软件，根据步骤2产生的所述引脚对照表，将电路原理图上的对应各型号的仿真芯片，锁定在所述可编程逻辑器件的引脚上，并经过所述软件的编译、转换，生成能下载的配置数据；

步骤5，计算机通过RS232总线，将所述分配信息及所述配置数据，发送给单片机系统，由单片机系统实现对所述可编程逻辑器件的编程，同时，单片机系统将仿真芯片的信息显示在显示屏上；