一种FPGA实验板制造技术

本技术提供一种FPGA实验板，涉及FPGA教学实验技术领域。其中，FPGA实验板包括FPGA核心模块和与其连接的彩灯模块、数码显示模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、开关模块、LED显示模块、键盘模块和电源管理模块。从而，本技术提供的FPGA实验板具有造价低廉，方便携带，散热迅速，功能简单易懂，实验内容与课堂教学内容相匹配，便于初学者理解FPGA数字系统设计的知识理念，有利于初学者日常使用和掌握等有益技术效果。此外，本申请的光电检测模块包括光电对管传感器和电压比较器，电压比较器增加后，可以将光电对管传感器检测到的信号进行放大，从而提升实验效果，避免检测结果不稳定的情况发生。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及fpga教学实验，尤其涉及一种fpga实验板。

技术介绍

1、国内高校陆续开展了硬件描述语言、数字系统设计等课程，并配套可编程逻辑器件实验。目前工程上采用fpga作为数字电路实现的主要手段，所以开展与fpga相关的课程教学实验十分重要。

2、fpga(field－programmable gatearray)，即现场可编程门阵列，它是在pal、gal、cpld等可编程器件的基础上进一步发展的产物。fpga作为专用继承电路领域中的一种半定制电路，既解决了定制电路功能单一的问题、又克服了通用处理器计算效率低下的问题。

3、现有的与fpga相关的实验设备为fpga实验箱，但fpga实验箱存在造价高昂、功能繁杂、不易携带，过于专业化、造成资源浪费、且实验内容与课堂教学存在一定偏差、不利于初学者理解fpga数字系统设计的知识理念、很难融入初学者日常使用等缺点。

4、此外，现有的fpga实验箱通常不具有光电检测模块，并且现有的光电检测模块仅包括光敏元件，当信号较弱时，容易出现检测结果不稳定的情况。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的是提供一种fpga实验板，以解决现有的fpga实验箱存在造价高昂、实验内容与课堂教学存在一定偏差等技术问题。

2、为解决上述技术问题，本技术实施例提供如下技术方案：

3、本申请提供了一种fpga实验板，fpga实验板包括fpga核心模块和与其连接的彩灯模块、数码显示模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、开关模块、led显示模块、键盘模块和电源管理模块。

4、进一步地，fpga核心模块包括fpga芯片和核心电路，fpga芯片具有io端口、电源端口、地面端口和jtag端口，多个io端口用于与彩灯模块、数码显示模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、led显示模块、键盘模块连接；电源端口用于与电源管理模块连接；地面端口用于接地；jtag端口用于与pc端连接加载程序；核心电路包括存储电路、晶振电路和核心电源转换电路，核心电源转换电路设置在fpga芯片的电源端口和电源管理模块之间；存储电路与fpga芯片连接，晶振电路与fpga芯片连接。

5、进一步地，光电检测模块包括光电对管传感器和电压比较器；光电对管传感器包括相对设置的发光管和感光管；电压比较器包括运算放大器和滑动变阻器；运算放大器的in1+引脚与光电对管传感器连接，运算放大器的in1-引脚与滑动变阻器的第二引脚连接，滑动变阻器的第三引脚通过一个电阻与电源管理模块连接，滑动变阻器的第一引脚接地；运算放大器的第一引脚通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接；运算放大器的第十一引脚接地；运算放大器的第四引脚与电源管理模块提供的5v电源连接。

6、进一步地，彩灯模块包括多个彩灯、多个npn型三极管和多个电阻；每个npn型三极管的基极通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接；每个npn型三极管的集电极与一个彩灯的第一端连接；彩灯的第二端通过一个电阻与电源管理模块提供的12v电源连接；npn型三极管的发射极接地。

7、进一步地，数码显示模块包括多个数码管、多个pnp型三极管和多个电阻，每个数码管包括多个发光二极管，多个发光二极管组成“8.”形状，用于显示数字和小数点；每个pnp型三极管的基极通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接；每个pnp型三极管的集电极通过一个电阻与一个发光二极管连接；每个pnp型三极管的发射极与电源管理模块提供的3.3v电源连接。

8、进一步地，在彩灯模块中，多个彩灯呈圆形、方形、直线形、或不规则图像布置；多个彩灯分为多组彩灯模组，每组彩灯模组中包括红黄绿三色彩灯。

9、进一步地，在数码显示模块中，多个数码管排列为一排或多排。

10、进一步地，交通灯控制模块包括垂直设置的两组交通灯组件，每组交通灯组件包括交通灯单元和倒计时单元；交通灯单元包括红黄绿三色彩灯、三个npn型三极管和六个电阻，每个npn型三极管的基极通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接；每个npn型三极管的集电极与一个彩灯第一端连接；彩灯的第二端通过一个电阻与电源管理模块提供的12v电源连接；npn型三极管的发射极接地；倒计时单元包括多个数码管、多个pnp型三极管和多个电阻，每个数码管包括多个发光二极管，多个发光二极管组成“8.”形状，用于显示数字和小数点；每个pnp型三极管的基极通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接；每个pnp型三极管的集电极通过一个电阻与一个发光二极管连接；每个pnp型三极管的发射极与电源管理模块提供的3.3v电源连接。

11、进一步地，风扇模块包括风扇、npn型三极管和电阻，npn型三极管的基极通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接，npn型三极管的集电极与风扇连接，npn型三极管的发射极接地。

12、进一步地，温度采集模块包括温度传感器、用于模数转换的单片机、传感器接口和下载口；传感器接口和下载口均与单片机连接，传感器接口与温度传感器连接，单片机用于将温度模拟信号转换为温度数字信号；单片机的第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚、第十五引脚、第十六引脚、第十七引脚、第二十引脚均通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接；单片机的第七引脚接地，单片机的第八引脚通过一个电容接地；单片机的第九引脚与电源管理模块提供的3.3v电源连接，单片机的第九引脚还并联有一个电容后接地；单片机的第四引脚还与下载口的第三引脚连接，单片机的第四引脚通过一个电阻与电源管理模块提供的3.3v电源连接，单片机的第四引脚还并联一个电容后接地；下载口的第二引脚与单片机的第十八引脚连接；下载口的第四引脚接地；下载口的第一引脚与电源管理模块提供的3.3v电源连接；传感器接口的第一引脚接地，传感器接口的第二引脚与单片机的第十四引脚连接，单片机的第十四引脚还并联有一个电阻后接地，单片机的第十四引脚还并联有一个电阻后与电源管理模块提供的3.3v电源连接。

13、进一步地，声音模块包括蜂鸣器和npn型三极管，npn型三极管的基极通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接，npn型三极管的集电极与蜂鸣器连接，npn型三极管的发射极接地；蜂鸣器与电源管理模块提供的5v电源连接。

14、进一步地，开关模块包括至少一个开关单元，开关单元包括自锁开关和开关信号灯，自锁开关的第一引脚与电源管理模块的输出的5v电源连接，自锁开关的第二引脚通过一个电阻与开关信号灯的第一端连接，自锁开关的第二引脚还通过一个电阻与开关信号灯的第二端连接，自锁开关的第二引脚和开关信号灯的第二端均接地；自锁开关的第二引脚还通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接。

15、进一步地，led显示模块包括呈矩阵布置的多个led模组和多个电阻，每个led模组包括三色led单元；led显示模块具有多个引脚，每个引脚均通过一个电阻与fpga芯片的io端口连接。...

【技术保护点】

1.一种FPGA实验板，其特征在于，所述FPGA实验板包括FPGA核心模块和与其连接的彩灯模块、数码显示模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、开关模块、LED显示模块、键盘模块和电源管理模块；

2.根据权利要求1所述的FPGA实验板，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的FPGA实验板，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的FPGA实验板，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的FPGA实验板，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的FPGA实验板，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的FPGA实验板，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的FPGA实验板，其特征在于，

【技术特征摘要】

1.一种fpga实验板，其特征在于，所述fpga实验板包括fpga核心模块和与其连接的彩灯模块、数码显示模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、开关模块、led显示模块、键盘模块和电源管理模块；

2.根据权利要求1所述的fpga实验板，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的fpga实验板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤永华，石非凡，林森，李晓游，刘兴通，张志鹏，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：