一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统技术方案

本实用新型专利技术提供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，所述电源为单片机系统、可编程逻辑器件以及数字电路实验箱供电，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；计算机连接单片机系统，单片机系统连接可编程逻辑器件。本实用新型专利技术的优点：可仿真74系列及CD4000系列的各型号数字逻辑芯片，降低芯片损坏，减少实验经费，实验的准备和实验完成的检查工作更加简单。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本技术涉及一种电子
，特别涉及一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统。【
技术介绍
】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。【
技术实现思路
】本技术要解决的技术问题，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，本技术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，本技术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。本技术通过以下技术方案解决上述技术问题；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。本技术具有如下优点:1、本技术所实现的仿真芯片，对于学生或者实验者而言，可认为所述仿真芯片插座即为真正的实验芯片(一般为74系列芯片)，其实现的过程，对于实验者而言是透明的；2、由于可编程逻辑器件(以FPGA芯片为例)可以实现目前所有74系列芯片的功能，所以一个售价约70元的FPGA可以同时实现10个以上74系列芯片，可以满足综合性数字电子技术实验的要求，减少了实验经费的支出；3、各仿真芯片插座对应的74系列的电源引脚和地引脚，作为使能端使用，与实际的芯片相比，其损坏率更低；4、对于教师而言，实验的准备和实验完成的检查工作更加简单。使用实际的芯片，教师需要发放、回收、检查、分类。基于本技术，可以大大减少老师的工作量；5、基于本技术的进行实验，其整个过程，由于不需要借用实际的芯片，也可以由学生完成，即可以进行开放实验。【【附图说明】】下面参照附图结合实施例对本技术作进一步的说明。图1为本技术基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统的结构示意图。图2为本技术单片机配置FPGA芯片的电路图。图3为本技术具体应用例子一一学生实验操作的电路图。【【具体实施方式】】在详述本技术具体实施例前，先介绍一下可编程逻辑器件。可编程逻辑器件是一种可以自由编程处理用户程序的一种处理器，可编程逻辑器件里面包含微处理器，主要类型有两种:一是现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。在本技术中，采用可编程逻辑器件的原因之一是利用其可多次编程的特点，由于本技术应用于数字电子技术实验系统，实验的次数不可计量，而CPLD芯片较FPGA芯片的不足之处在于，CPLD芯的写入次数有限制，因此，以FPGA芯片作为本技术较佳实施例进行详细说明。FPGA芯片的技术背景:(I)FPGA芯片具有较多的逻辑单元和较多的输入/输出引脚(g卩I/O接口)，可实现复杂的逻辑功能。以ALTERA的Cyclone系列EP1C6Q240C8N芯片为例，市场售价约为70元，具有5980可编程逻辑单元，185个输入/输出引脚。因此，一个EP1C6Q240C8N芯片可仿真实现10个以上引脚数为16的74系列芯片，可以满足综合性实验的要求；(2)FPGA芯片是由存放在其片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程，根据不同的模式，可以仿真出不同组合的74系列的数字逻辑芯片以及不同组合的CD4000系列的数字逻辑芯片；(3) FPGA能够反复使用，加电时，可通过单片机系统配置FPGA芯片，配置完成后，FPGA芯片进入工作状态。只要具备ICR(In Circuit Reconfigurable，在电路可重配置)功能的FPGA芯片均可适用于本技术。提出具体的FPGA芯片型号，仅为了更方便地说明问题。以下详述本技术一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统的较佳实施例:请参阅图1，一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统，包括一电源1、一计算机2、一设有显示屏34的单片机系统3、至少一可编程逻辑器件4以及一数字电路实验箱5，所述电源I为所述单片机系统3、可编程逻辑器件4以及数字电路实验箱5供电，所述数字电路实验箱5包括复数个仿真芯片插座51，所述可编程逻辑器件4上的输入/输出引脚与所述仿真芯片插座51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(由可编程逻辑器件的输入/输出引脚可比仿真芯片插座使用的引脚多，例如，型号为EP1C6Q240C8N的FPGA芯片，共有240个引脚，其中有185个可用的输入、输出引脚，但是即便使用了 10个仿真芯片，每个仿真芯片插座有16个引脚，也只使用了 160个引脚，因此，其连接的数量根据实验中需要用的仿真芯片插座的数量设定)；所述计算机2连接所述单片机系统3，所述单片机系统3连接所述可编程逻辑器件4。所述数字电路实验箱5还包括数码管52、逻辑开关53、脉冲信号模块54、按键55、蜂鸣器56以及指示灯57。所述可编程逻辑器件4为FPGA芯片或CPLD芯片。现以FPGA芯片为例，详细说明本技术【具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可编程逻辑器件的数字电路实验系统，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈松岭，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：新型
国别省市：福建;35