CN104732848A - Eda教学开发实验箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EDA教学开发实验箱，该EDA教学开发实验箱包括主控芯片及扩展模块，所述扩展模块包括液晶触摸屏、电机模块、视频模块、接口模块、音频模块、交通灯模块、ADC/DAC模块、存储模块、温度传感器模块、红外收发模块、时钟源模块、信号源模块、显示模块；所述主控芯片包括若干I/O口，所述主控芯片通过所述I/O口与所述扩展模块通信连接，并发出控制信号控制所述扩展模块的运行；通过上述实验箱，可满足各高校专、本科生、研究生的EDA、SOPC教学实验开发，通过对实验箱中各扩展模块的实践演练，提高学生的动手实践能力和创新实验能力。

Description

EDA教学开发实验箱

技术领域

本发明涉及教学设备领域，尤其涉及一种EDA教学开发实验箱。

背景技术

EDA(Electronic Design Automation)电子设计自动化是集成电路设计的一个重要特征。高等院校针对微电子、电子工程、通信工程、计算机等专业的学生由浅入深开设了数字集成电路、大规模可编程器件、硬件描述语言、现代DSP技术、嵌入式Nios处理器原理与应用等EDA相关课程，由于目前用于EDA相关课程的教学实验箱包含的模块不够全面，从而导致许多高校学生空有理论知识，实践动手能力和创新能力却普遍欠缺。因此，为了逐步提高学生的动手实践能力和创新思维能力，急需一套能够适用于不同教学阶段且能够开展创新性实验的实验箱来配合理论教学。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种EDA教学开发实验箱，旨在解决用于EDA相关课程的教学实验箱包含的模块不够全面的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种EDA教学开发实验箱，用于电子设计自动化EDA、SOPC(System on a Programmable Chip)可编程片上系统教学实验开发，实验箱包括主控芯片及扩展模块，所述主控芯片包括若干I/O口，所述扩展模块包括与对应I/O口通信连接的液晶触摸屏、电机模块、视频模块、接口模块、音频模块、交通灯模块、ADC/DAC模块、存储模块、温度传感器模块、红外收发模块、时钟源模块、信号源模块及显示模块；所述主控芯片发出控制信号控制所述扩展模块的运行。

优选地，所述视频模块包括视频输入模块、视频输出模块，所述视频输入模块的输入端与摄像头连接，所述视频输入模块的输出端与视频输出模块的输入端连接，所述视频输出模块的输出端与液晶触摸屏连接；所述视频输入模块在所述主控芯片的控制下，将摄像头采集的视频数据导入并进行编码输出至视频输出模块，所述视频输出模块在所述主控芯片的控制下，将所述视频输入模块传递的视频数据进行解码并输出至液晶触摸屏进行显示。

优选地，所述接口模块包括VGA(Video Graphics Array)视频图形阵列接口、串行接口、以太网卡接口、USB接口、SD卡接口、PS2接口以及CF卡接口，其中，所述VGA接口的一端与所述视频输出模块的输出端连接，所述VGA接口的另一端与外接显示器连接，用于将所述摄像头采集的视频数据传递至外接显示器显示；所述串行接口用于将主控芯片与外接RS-232协议的通信设备通信连接；所述以太网卡接口用于将主控芯片与外接TCP/IP协议的通信设备通信连接；所述USB接口用于连接所述主控芯片与外接USB存储器，用于主控芯片读取外接USB存储器的数据；所述SD卡接口用于连接所述主控芯片与外接SD卡，用于主控芯片读取外接SD卡内的数据；所述CF卡接口用于连接所述主控芯片与外接CF卡，用于主控芯片读取外接CF卡内的数据；所述PS2接口用于连接主控芯片与外接鼠标、键盘。

优选地，所述时钟源模块包括晶振，所述晶振与所述主控芯片连接，所述晶振用于产生不同频率的时钟信号，传递至主控芯片，为所述主控芯片提供系统时钟信号。

优选地，所述音频模块包括麦克风及耳机接口，所述麦克风用于将音频信号转化为电信号传输至主控芯片处理，所述耳机接口连接耳机，用于播放音频信号。

优选地，所述电机模块包括直流电机单元和步进电机单元，所述直流电机单元包括霍尔传感器和直流电机，所述霍尔传感器与所述主控芯片连接，所述步进电机的控制端与所述主控芯片连接，所述霍尔传感器用于测量所述直流电机的转速，所述主控芯片通过所述霍尔传感器读取所述直流电机的转速，并根据所述转速调节所述PWM的调制频率；所述步进电机单元的控制端与所述主控芯片连接，所述主控芯片用于控制所述步进电机的正转、反转及转动角度。

优选地，所述交通灯模块包括模拟交通灯用的LED灯组，所述LED灯组包括四组，且均与所述控制芯片对应的I/O口连接，所述控制芯片通过I/O口输出控制信息，控制四组LED灯组按照预设的交通灯规则点亮与熄灭。

优选地，所述信号源模块用于提供正弦波、方波、三角波及锯齿波模拟信号，所述模拟信号的频率范围为50Hz-80KHz，幅度为0-3.3V。

优选地，所述ADC/DAC模块包括ADC单元及DAC单元，所述ADC单元包括用于采集模拟信号并将所述模拟信号转换为数字信号传递至主控芯片，所述DAC单元用于将主控芯片输出的数字信号转换为模拟信号并输出。

优选地，所述温度传感器模块用于实时采集外界的温度值，并将采集的温度值传递至主控芯片进行处理，主控芯片将实时温度数据发送至液晶触摸屏进行显示。

优选地，所述红外收发模块包括红外发射单元及红外接收单元，所述红外发射单元的控制端与所述主控芯片连接，所述主控芯片控制红外发射单元发射红外信号，所述红外接收单元用于接收所述红外信号并传递至所述主控芯片进行处理。

优选地，所述显示模块包括LED显示单元和数码管显示单元，所述LED显示单元的输入端与所述主控芯片对应的I/O口连接，所述数码管显示单元的输入端与所述主控芯片对应的I/O口连接，所述LED显示单元与所述数码管显示单元在所述主控芯片的控制信号下显示汉字、字符或图形。

优选地，所述存储模块包括EEPROM单元，所述EEPROM单元通过IIC接口与所述主控芯片通信连接，用于存储液晶触摸屏的校准数据。

本发明所提供的一种EDA教学开发实验箱，该EDA教学开发实验箱包括主控芯片及扩展模块，所述扩展模块包括液晶触摸屏、电机模块、视频模块、接口模块、音频模块、交通灯模块、ADC/DAC模块、存储模块、温度传感器模块、红外收发模块、时钟源模块、信号源模块、显示模块；所述主控芯片包括若干I/O口，所述主控芯片通过所述I/O口与所述扩展模块通信连接，并发出控制信号控制所述扩展模块的运行；通过上述EDA教学开发实验箱，可满足各高校专、本科生、研究生的EDA、SOPC教学实验开发，通过对实验箱中各扩展模块的实践演练，提高学生的动手实践能力和创新实验能力。

附图说明

图1为本发明EDA教学开发实验箱的功能模块连接示意图；

图2为本发明视频模块的功能模块示意图；

图3为本发明接口模块的功能模块示意图；

图4为本发明VGA接口的结构示意图；

图5为本发明电机模块的功能模块示意图；

图6为本发明ADC/DAC模块的功能模块示意图；

图7为本发明红外收发模块的功能模块示意图；

图8为本发明显示模块的功能模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种EDA教学开发实验箱。

参照图1，图1为本发明EDA教学开发实验箱的功能模块连接示意图，在本实施例中，提供一种EDA教学开发实验箱，用于电子设计自动化EDA、可编程片上系统SOPC教学实验开发，所述实验箱包括主控芯片100及扩展模块，所述扩展模块包括液晶触摸屏110、电机模块130、视频模块140、接口模块120、音频模块150、交通灯模块160、ADC/DAC模块170、存储模块180、温度传感器模块190、红外收发模块200、时钟源模块210、信号源模块220、显示模块230；所述主控芯片100包括若干I/O口，所述主控芯片100通过所述I/O口与所述扩展模块通信连接，并发出控制信号控制所述扩展模块的运行。

具体地，该EDA教学开发实验箱还包括电源供应模块，该电源供应模块包括三芯电源插座，通过三芯电源线连接市电与三芯电源插座，将220V市电引入，打开实验箱的电源开关，实验箱开始工作，并通过电源供应模块将220V市电转换成主控芯片100及扩展模块内的各模块所需的工作电源，比如12V、-12V、5V、3.3V、2.5V、1.2V等直流信号。该主控芯片100优选EP2C35F672C8芯片，该芯片具有低功耗、高性能、低价格等特点，且其内部存储单元的数量也较多，数据处理速度较快。扩展模块内的各模块与主控芯片100的I/O口通信连接，从而，主控芯片100控制各模块工作并进行数据通信，且通过液晶触摸屏110进行数据显示。

在本实施例中，该液晶触摸屏110优选640×480超大图形点阵液晶触摸屏110。

该EDA教学开发实验箱还具有JTAG接口及AS编程接口，JTAG接口与AS接口均连接至主控芯片100，通过USB-Blaster下载线连接PC机，可对主控芯片100内部的FPGA进行固化配置。

为实现EDA教学开发实验箱与其他外接设备的通信连接，还配置了各种常用连接线：如电源线、网线(直通)、直通串口电缆(针-孔)、USB电缆(扁口对方口)、音频电缆、USB-Blaster下载线、排线等，通过在实验箱的壳体上设置工具槽，将上述各线材放置于工具槽中，方便取用。

该主控芯片100具有SRAM、SDRAM、Nor Flash、NAND Flash、串行配置芯片等存储单元，完成对扩展模块通信时数据的存储。

通过上述EDA教学开发实验箱，可满足各高校专、本科生、研究生的EDA、SOPC教学实验开发，通过对实验箱中各扩展模块的实践演练，提高学生的动手实践能力和创新实验能力。

进一步地，参照图2，图2为本发明视频模块的功能模块示意图；所述视频模块140包括视频输入模块141、视频输出模块142，所述视频输入模块141的输入端与摄像头连接，所述视频输入模块141的输出端与视频输出模块142的输入端连接，所述视频输出模块142的输出端与液晶触摸屏110连接；所述视频输入模块141在所述主控芯片100的控制下，将摄像头采集的视频数据导入并进行编码输出至视频输出模块142，所述视频输出模块142在所述主控芯片100的控制下，将所述视频输入模块141传递的视频数据进行解码并输出至液晶触摸屏110进行显示。

该视频输入模块141优选采用TVP5150模块，视频输出模块142优选采用ADV7171模块；通过视频模块140对采集的图像进行量化处理，并利用该芯片可对视频的制式进行转换输出，通过该视频模块140，摄像头采集的视频数据可转换为NTSC、PAL制式进行输出。

进一步地，参照图3，图3为本发明接口模块的功能模块示意图；在本实施例中，所述接口模块120包括VGA(Video Graphics Array)视频图形阵列接口、串行接口122、以太网卡接口123、USB接口124、SD卡接口125、PS2接口126以及CF卡接口127，其中，所述VGA接口121的一端与所述视频输出模块142的输出端连接，所述VGA接口121的另一端与外接显示器连接，用于将所述摄像头采集的视频数据传递至外接显示器显示；所述串行接口122用于将主控芯片100与外接RS-232协议的通信设备通信连接；所述以太网卡接口123用于将主控芯片100与外接TCP/IP协议的通信设备通信连接；所述USB接口124用于连接所述主控芯片100与外接USB存储器，用于主控芯片100读取外接USB存储器的数据；所述SD卡接口125用于连接所述主控芯片100与外接SD卡，用于主控芯片100读取外接SD卡内的数据；所述CF卡接口127用于连接所述主控芯片100与外接CF卡，用于主控芯片100读取外接CF卡内的数据；所述PS2接口126用于连接主控芯片100与外接鼠标、键盘。

具体地，参照图4，图4为本发明VGA接口的结构示意图；在本实施例中，该VGA接口121的VGA_R引脚连接主控芯片100对应的I/O口，VGA_G引脚连接主控芯片100对应的I/O口，VGA_B引脚连接主控芯片100对应的I/O口，此三个引脚用于传输图像的颜色信息；HSYNC引脚连接主控芯片100对应的I/O口，VSYNC引脚连接主控芯片100对应的I/O口，此两引脚用于传输图像的行列同步信号，使得图像传输不失真。通过VGA接口121可连接该实验箱与外接显示器，将视频模块140的视频数据输出至外接显示器。

通过以太网卡接口123连接网线，从而将上位机与主控芯片100连接并实现通信，将主控芯片100配置好数据，则上位机通过以太网卡接口123可以浏览主控芯片100设置的网页，该以太网卡接口123优选采用RTL8019AS模块；USB接口124采用Philips公司的PDIUSBD12芯片，通过USB电缆连接实验箱与PC机，通过该USB接口124可实现实验箱读取PC机的数据的功能；SD卡接口125连接主控芯片100与SD卡，使得主控芯片100方便的对SD卡进行读写操作；PS2接口126包括键盘接口、鼠标接口，将键盘与鼠标分别与主控芯片100连接，从而由键盘或鼠标输入的信息可以在液晶触摸屏110上显示；还可在液晶触摸屏110中显示鼠标接口所产生的坐标值等。

进一步地，所述时钟源模块210包括晶振，所述晶振与所述主控芯片100连接，所述晶振用于产生不同频率的时钟信号，传递至主控芯片100，为所述主控芯片100提供系统时钟信号。

具体地，该晶振可采用频率为50MHz的晶振实现系统的实时时钟输入。该时钟源模块210还可采用不同频率的晶振，产生如24MHz、12MHz、6MHz、1MHz、100KHz、10KHz、1KHz、100Hz、10Hz和1Hz等多种时钟信号。

进一步地，所述音频模块150包括麦克风及耳机接口，所述麦克风用于将音频信号转化为电信号传输至主控芯片100处理，所述耳机接口连接耳机，用于播放音频信号。

该音频模块150优选采用音频CODEC模块，具体地，在该实验箱内还设有音量调节按钮，用于调节音频信号的大小。

进一步地，参照图5，图5为本发明电机模块的功能模块示意图；所述电机模块130包括直流电机单元131和步进电机单元132，所述直流电机单元131包括霍尔传感器和直流电机，所述霍尔传感器与所述主控芯片100连接，所述步进电机的控制端与所述主控芯片100连接，所述霍尔传感器用于测量所述直流电机的转速，所述主控芯片100通过所述霍尔传感器读取所述直流电机的转速，并根据所述转速调节所述PWM的调制频率；所述步进电机单元132的控制端与所述主控芯片100连接，所述主控芯片100用于控制所述步进电机的正转、反转及转动角度。

上述直流电机优选采用+12V直流供电，该直流电机的转速可通过电位器进行调节，也可通过主控芯片100输出的PWM信号进行调节，同时通过配套的霍尔传感器对直流电机的转速进行测量，以判定直流电机转速调节的准确性。步进电机单元132优选采用2相式步进电机，其最小旋转角度为18度。

进一步地，所述交通灯模块160包括模拟交通灯用的LED灯组，所述LED灯组包括四组，且均与所述控制芯片对应的I/O口连接，所述控制芯片通过I/O口输出控制信息，控制四组LED灯组按照预设的交通灯规则点亮与熄灭。

通过AS编程接口将预设的交通灯规则的控制程序导入主控芯片100中，可模拟十字路口交通灯的点亮与熄灭。

进一步地，所述信号源模块220用于提供正弦波、方波、三角波及锯齿波模拟信号，所述模拟信号的频率范围为50Hz-80KHz，幅度为0-3.3V。

信号源模块220输出的模拟信号可根据实际需求在频率及幅度范围内可调，且各模拟信号可通过拨码开关进行切换。

进一步地，参照图6，图6为本发明ADC/DAC模块的功能模块示意图；所述ADC/DAC模块170包括ADC单元171及DAC单元172，所述ADC单元171包括用于采集模拟信号并将所述模拟信号转换为数字信号传递至主控芯片100，所述DAC单元172用于将主控芯片100输出的数字信号转换为模拟信号并输出。

具体地，该ADC单元171包括串行ADC单元及并行8位ADC单元，该DAC单元172包括串行DAC单元及并行8位DAC单元；通过ADC/DAC模块170实现对模拟信号的采集，并通过主控芯片100以及ADC/DAC模块170将处理后的数字信号及模拟信号显示在液晶触摸屏110上或者外接示波器上。

在本实施例中，采集的模拟信号分为内部信号源和外部信号源，内部信号源为通过信号源模块220产生正弦波、方波、三角波和锯齿波信号；外部信号源为通过外部接头外接信号发生器产生的各种信号。

在本实施例中，该并行8位ADC单元优选采用TLC5540模块，该并行8位DAC单元优选采用TLC5602模块。

进一步地，所述温度传感器模块190用于实时采集外界的温度值，并将采集的温度值传递至主控芯片100进行处理，主控芯片100将实时温度数据发送至液晶触摸屏110进行显示。

该温度传感器模块190优选为DS18B20模块。

进一步地，参照图7，图7为本发明红外收发模块的功能模块示意图；所述红外收发模块200包括红外发射单元201及红外接收单元202，所述红外发射单元201的控制端与所述主控芯片100连接，所述主控芯片100控制红外发射单元201发射红外信号，所述红外接收单元202用于接收所述红外信号并传递至所述主控芯片100进行处理。

通过实验箱上的红外收发模块200，可以实现两个实验箱之间的无线近距离通信。

进一步地，参照图8，图8为本发明显示模块的功能模块示意图；所述显示模块230包括LED显示单元231和数码管显示单元232，所述LED显示单元231的输入端与所述主控芯片100对应的I/O口连接，所述数码管显示单元232的输入端与所述主控芯片100对应的I/O口连接，所述LED显示单元231与所述数码管显示单元232在所述主控芯片100的控制信号下显示汉字、字符或图形。

在本实施例中，该LED显示单元231优选采用16×16点阵显示单元，可满足汉字、字符以及简单图形的显示，该数码管显示单元232优选采用8位动态七段数码管，通过主控芯片100的控制，可实现不同字符及数字的输出显示。

进一步地，所述存储模块180包括EEPROM单元，所述EEPROM单元通过IIC接口与所述主控芯片100通信连接，用于存储液晶触摸屏110的校准数据。

通过IIC总线连接IIC接口与主控芯片100，可实现对EEPROM模块的数据写入和读出。

进一步地，所述主控芯片100还包括自定义扩展接口，所述自定义扩展接口用于提供3.3V、5V电压以备用。

通过自定义扩展接口，可自定义其他功能单元，实现其他备用功能，如自定义开关输入模块和按键输入模块等，通过配合其他模块的相互使用，可以满足教学实验的其他需求。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种EDA教学开发实验箱，用于电子设计自动化EDA、可编程片上系统SOPC的教学实验开发，其特征在于，所述实验箱包括主控芯片及扩展模块，所述主控芯片包括若干I/O口，所述扩展模块包括与对应I/O口通信连接的液晶触摸屏、电机模块、视频模块、接口模块、音频模块、交通灯模块、ADC/DAC模块、存储模块、温度传感器模块、红外收发模块、时钟源模块、信号源模块及显示模块；所述主控芯片发出控制信号控制所述扩展模块的运行。

2.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述视频模块包括视频输入模块、视频输出模块，所述视频输入模块的输入端与摄像头连接，所述视频输入模块的输出端与视频输出模块的输入端连接，所述视频输出模块的输出端与液晶触摸屏连接；所述视频输入模块在所述主控芯片的控制下，将摄像头采集的视频数据导入并进行编码输出至视频输出模块，所述视频输出模块在所述主控芯片的控制下，将所述视频输入模块传递的视频数据进行解码并输出至液晶触摸屏进行显示。

3.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述接口模块包括VGA接口、串行接口、以太网卡接口、USB接口、SD卡接口、PS2接口以及CF卡接口，其中，所述VGA接口的一端与所述视频输出模块的输出端连接，所述VGA接口的另一端与外接显示器连接，用于将所述摄像头采集的视频数据传递至外接显示器显示；所述串行接口用于将主控芯片与外接RS-232协议的通信设备通信连接；所述以太网卡接口用于将主控芯片与外接TCP/IP协议的通信设备通信连接；所述USB接口用于连接所述主控芯片与外接USB存储器，用于主控芯片读取外接USB存储器的数据；所述SD卡接口用于连接所述主控芯片与外接SD卡，用于主控芯片读取外接SD卡内的数据；所述CF卡接口用于连接所述主控芯片与外接CF卡，用于主控芯片读取外接CF卡内的数据；所述PS2接口用于连接主控芯片与外接鼠标、键盘。

4.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述时钟源模块包括晶振，所述晶振与所述主控芯片连接，所述晶振用于产生不同频率的时钟信号，传递至主控芯片，为所述主控芯片提供系统时钟信号。

5.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述音频模块包括麦克风及耳机接口，所述麦克风用于将音频信号转化为电信号传输至主控芯片处理，所述耳机接口连接耳机，用于播放音频信号。

6.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述电机模块包括直流电机单元和步进电机单元，所述直流电机单元包括霍尔传感器和直流电机，所述霍尔传感器与所述主控芯片连接，所述步进电机的控制端与所述主控芯片连接，所述霍尔传感器用于测量所述直流电机的转速，所述主控芯片通过所述霍尔传感器读取所述直流电机的转速，并根据所述转速调节所述PWM的调制频率；所述步进电机单元的控制端与所述主控芯片连接，所述主控芯片用于控制所述步进电机的正转、反转及转动角度。

7.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述交通灯模块包括模拟交通灯用的LED灯组，所述LED灯组包括四组，且均与所述控制芯片对应的I/O口连接，所述控制芯片通过I/O口输出控制信息，控制四组LED灯组按照预设的交通灯规则点亮与熄灭。

8.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述信号源模块用于提供正弦波、方波、三角波及锯齿波模拟信号，所述模拟信号的频率范围为50Hz-80KHz，幅度为0-3.3V。

9.如权利要求1所述的实验箱，其特征在于，所述ADC/DAC模块包括ADC单元及DAC单元，所述ADC单元包括用于采集模拟信号并将所述模拟信号转换为数字信号传递至主控芯片，所述DAC单元用于将主控芯片输出的数字信号转换为模拟信号并输出。

10.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述温度传感器模块用于实时采集外界的温度值，并将采集的温度值传递至主控芯片进行处理，主控芯片将实时温度数据发送至液晶触摸屏进行显示。

11.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述红外收发模块包括红外发射单元及红外接收单元，所述红外发射单元的控制端与所述主控芯片连接，所述主控芯片控制红外发射单元发射红外信号，所述红外接收单元用于接收所述红外信号并传递至所述主控芯片进行处理。

12.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述显示模块包括LED显示单元和数码管显示单元，所述LED显示单元的输入端与所述主控芯片对应的I/O口连接，所述数码管显示单元的输入端与所述主控芯片对应的I/O口连接，所述LED显示单元与所述数码管显示单元在所述主控芯片的控制信号下显示汉字、字符或图形。

13.如权利要求1所述的EDA教学开发实验箱，其特征在于，所述存储模块包括EEPROM单元，所述EEPROM单元通过IIC接口与所述主控芯片通信连接，用于存储液晶触摸屏的校准数据。