本实用新型专利技术基于总线(PCI总线与ISA总线)、多平台(PC机平台与嵌入式平台)、多模块(接口芯片模块和IO模块)架构，它主要由总线桥接电路，接口核心电路和外设电路区三大部分组成，总线桥接电路包括PCI转ISA接口，桥接芯片，存储器，电源驱动；接口核心电路包括FPGA芯片和8253，8255，8252，8279，8259接口芯片；外设电路包括LED与拨码开关模块、数码管模块、扬声器模块、步进电机、直流电机、键盘模块、AD/DA模块、时钟模块。实验平台的3个组成部分分别通过总线相连。本实用新型专利技术除能够完成16位或32位微机原理及接口技术课程实验外，还可以进行接口芯片逻辑设计及其功能扩展实验，并可用于其他课程实验以及课程设计、专业实训、毕业设计和电子竞赛。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种微机接口实验平台，尤其是能够让学生自主设计、探索和创新的开放式多用途实验平台。本技术属于微机接口技术和嵌入式系统领域。
技术介绍
传统的微机原理与微机接口实验多采用X86架构下16位的平台，已经不能满足当今技术发展和本专科及研究生教学与研究的需要。国外相关计算机课程，已采用通过HDL语言来介绍硬件电路，输入与输出以及真值表，学生在学习传统接口电路的同时，也学习了 如何运用HDL语言设计接口电路逻辑。在已有的实验平台专利中，200620096822. 7武汉大学的嵌入式电子设计自动化多功能创新性实验平台，采用Altera公司的EP2C35F672FPGA芯片和200710121373. 4清华大学的可编程片上系统实验平台，采用Cypress公司双CY8C21001 FPGA芯片所设计的实验，都是通过JTAG下载逻辑设计到FPGA芯片，脱机运行实现FPGA直接控制I/O部件，此方式与微机接口实验中采用的CPU通过接口芯片控制I/O的运行方式不相符，不适用于微机接口实验。2006年硕士论文《基于PCI总线的微机接口技术实验设备研制》中没有用到FPGA做接口芯片逻辑，它的实验设备只能工作在DOS和Win98环境中，不支持C/C++编程。本技术通过总线桥接电路将PC机的PCI总线I/O读写时序转换成ISA总线的I/O读写时序，接口芯片与FPGA芯片与ISA总线相连。PC机不仅可以对接口芯片(包括8255、8253、8251、8259、8279等)进行读/写访问，同时可对FPGA上的运用HDL语言编写的接口逻辑组件(如8253、8255的接口逻辑)进行读/写控制。在此基础上可以实现对原有接口芯片的逻辑功能进行自定义的扩展设计。本技术采用“乐高”思想搭建平台，总线桥接电路、接口芯片电路、FPGA芯片电路、外设电路通过排线跨接，能组成面向不同层次的实验平台，且易于维护与升级。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是克服目前国内微机接口实验平台不支持接口芯片逻辑的编程与PC机在线编程，缺乏开展创新实验条件，扩展性和维护性差的不足，提供一种新型开放式微机接口创新实验平台，能够使学生深刻的理解微机接口实验原理，开展自主的接口实验电路设计，充分开拓学生的创造性，锻炼学生的研发能力和实际动手能力。本技术的解决方案是开放式微机接口创新性实验平台，其特点在于以开放性为设计原则，以使学生能实时直观的了解实验过程、轻松的进行电路设计与扩展为要求，以达到最大限度地发挥学生的创造性为目标，采用了总线(PCI总线与ISA总线)、多平台(PC平台与FPGA平台)、多模块(接口芯片模块和IO模块)的架构，PC机通过PCI/ISA桥接卡与实验平台相连，将PC机的PCI总线I/O读写时序转换成ISA总线的I/O读写时序，可以直接对实验平台上的所有芯片(包括FPGA中的仿真接口逻辑组件)进行读写控制，实现PC机在线编程与调试。同时PC机也可以通过FPGA配置电路与FPGA相连对其进行配置，在FPGA芯片上实现多种接口芯片电路的逻辑组合。核心电路作为接口芯片区，主要包括接口芯片组和FPGA芯片，FPGA与接口芯片组可以相互通信。外设电路包括LED拨码开关模块，数码管模块，键盘区，直流电机，步进电机，AD，DA模块，扬声器模块，时钟模块，电源模块。以上外设模块可以被FPGA芯片与接口芯片组访问。本技术的工作原理是新型开放式微机接口创新实验平台以“微型计算机接口技术与应用”、“微机计算机原理”等课程的配套教学实验为主，兼顾通用的软硬实现手段，密切结合课程要求和实际应用研发而成，可完成多种16位/32位微机接口的实验。实验平台采用PCI/ISA总线桥接技术，PC机可以直接通过I/O读写命令来控制实验平台上各个接口芯片和FPGA芯片中的仿真接口逻辑组件，最后在外设上验证实验结果。实验平台提供基于8255,8253接口芯片逻辑的由Verilog语言实现的参考设计。另外，还可在FPGA中安装不同的CPU逻辑组件(如PowerPC、MicroBlaze、8051等IP核)，与实验平台上的接口芯片和I/O电路组成不同架构下的嵌入式实验环境，供教学和实践活动中灵活选择。本技术提供的基于PCI和FPGA的新型微机接口实验平台，基于总线、多平台和多模块架构，实验平台由总线桥接电路、接口核心电路和外设电路组成,接口核心电路包括接口芯片组和可编程接口逻辑组件，外设电路包括LED与拨码开关模块、数码管模块、扬声器模块、步进电机、时钟模块、AD/DA模块、键盘模块、直流电机，外设电路分别与接口核心电路经排线相连接，总线桥接电路一端与接口核心电路经排线连接，另一端与外设计算机用桥接的方式连接，另外接口核心电路通过FPGA配置接口电路与外设计算机连接。优选的，上述总线桥接电路为PCI/ISA总线桥接电路，由PCI9052、93CS56L、M4A5-192/96、AS7C256、74HC245、32MHz 晶振组成，PCI9052 是桥接芯片，93CS56L 用于存放PCI9052初始化设置信息，M4A5-192/96实现逻辑功能，AS7C256作为储存器，74HC245作为 电源驱动。优选的，上述在开发板上还提供了一个PCI总线扩展插座，提供8位和16位，32位的总线宽度，用于重新定义总线宽度，10、MEMORY地址空间和中断方式。优选的，上述接口芯片组包括8255、8253、8251、8279、8259 ;所述可编程接口逻辑组件建立在FPGA平台上，在XILINX的SPARTAN-3E-XC3S250EFPGA芯片上编程实现，FPGA用JTAG连接PC上位机，用排线和外设电路连接，供电采用电源转换模块将PCI上的+5V电源转换为+3. 3V。优选的，上述接口核心电路通过ISA总线和总线桥接电路连接。优选的，上述多模块包括接口芯片模块和IO模块，I/O模块电路通过排线形式与接口核心电路相连。优选的，上述I/O模块组件、接口组件、FPGA组件和PCI/ISA组件之间都采用排线方式连接。本技术的技术特点及有益效果(I)以总线(PCI总线与ISA总线)、多平台(PC平台与FPGA平台)、多模块(接口芯片模块和I/o模块)架构的模块化设计、外围丰富的硬件资源，大大提高了平台的开放性，可以在不同的嵌入式环境下进行接口实验。另外，可以结合EDK技术学习PCI/ISA总线及Linux环境下设备驱动程序的编写，实现在不改变硬件电路情况下的功能扩展和二次开发。(2)实验平台采用桥接的方式与PC机相连，与传统的用单片机主控以及串口通信的接口平台相比，PC机可以通过PCI/ISA总线时序的转换对实验平台上的芯片进行读写，具有更强的实时性与灵活性，稳定性好，且有大量的地址空间用于控制多个接口芯片和I/O芯片，使得实验具有更大的灵活性、实时性，学生可以很直观的了解接口芯片的工作方式。而且在桥接卡上，有配套的PCI/ISA总线接口实验，学生也可以进行总线工作机制的学习。(3)实验平台采用XILINX的Spatan-3系列芯片，并为之设计了基于8255，8253接口芯片逻辑的由Verilog语言实现的参考程序，使学生更好的掌握接口芯片逻辑的软件设计方法，同本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王文涛，朱顺安，张皓月，汪红，杨喜敏，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：实用新型
国别省市：
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