CN109036039A - 一种数字电路实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字电路实验系统，包括多台实验终端设备、WEB客户端和阿里云服务器，实验终端设备包括FPGA实验板、CPLD扩展电路、控制器、信号源、第一AD转换模块、第二AD转换模块、DA转换模块和WIFI无线收发模块，WIFI无线收发模块和控制器连接，WEB客户端为用户提供可视化EDA实验操作界面，WEB客户端与阿里云服务器通过网络进行通信，阿里云服务器与每台实验终端设备的WIFI无线收发模块通过网络进行通信，阿里云服务器中存储有EDA实验课程中实验项目的标准实验测试结果；优点是学生不需要去实验室即可进行EDA实验，不需要老师人为对实验结构进行判断，减少任课老师的工作量，提高EDA实验时效性。

Description

一种数字电路实验系统

技术领域

本发明涉及一种电路实验系统，尤其是涉及一种数字电路实验系统。

背景技术

随着数字电子技术的迅猛发展，EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)软件成为主流设计工具，FPGA(现场可编程逻辑器件)作为高速通信和大数据处理等不可或缺的核心器件，得到了广泛应用。各高等学校的电子类或者电子相关专业中，通常都会开设EDA技术及与EDA技术相关的实验课程，这些课程在学科中占有举足轻重的地位。

当前，EDA实验课程中涉及的实验，学生需要先在计算机上借助各种EDA工具完成实验项目的方案确定、系统设计和仿真，然后再将设计好的程序通过usb blaster等工具下载至放置在实验室的数字电路实验系统中实现后产生实验结果，任课老师通过数字电路实验系统产生的实验结果来判定学生的实验设计是否正确。

由于数字电路实验系统设置在实验室内，学生的实验过程必须在实验室才能完成，另外，数字电路实验系统数量的配置往往不能满足实验学生人数的需求，实验学生需要排队等待实验，不管是任课老师还是学生的实验的时间和空间都受到了限制，另外，实验结果的正确与否，需要任课老师人为的进行判断，导致任课老师需要耗费较多的时间才能完成所有学生实验结果的判定，工作量较大，导致EDA实验的时效性也较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种学生不需要去实验室即可进行EDA实验，且不需要老师人为对实验结构进行判断，减少任课老师的工作量，提高EDA实验时效性的数字电路实验系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种数字电路实验系统，包括多台实验终端设备，每台所述的实验终端设备包括FPGA实验板、CPLD扩展电路、控制器、信号源、第一AD转换模块、第二AD转换模块和DA转换模块，所述的FPGA实验板分别与所述的CPLD扩展电路、所述的第一AD转换模块的输出端和所述的DA转换模块的输入端连接，所述的第一AD转换模块的输入端和所述的信号源的输入端连接，所述的DA转换模块的输出端和所述的第二AD转换模块的输入端连接，所述的第二AD转换模块的输出端、所述的信号源的输入端和所述的CPLD扩展电路分别与所述的控制器连接，每台所述的实验终端设备还包括WIFI无线收发模块，所述的WIFI无线收发模块和所述的控制器连接，所述的数字电路实验系统还包括WEB客户端和阿里云服务器，所述的WEB客户端为用户提供可视化EDA实验操作界面，所述的可视化EDA实验操作界面包括输入操作界面和输出显示模块，所述的WEB客户端与所述的阿里云服务器之间通过网络进行通信，所述的阿里云服务器与每台所述的实验终端设备的WIFI无线收发模块通过网络进行通信，所述的阿里云服务器中存储有EDA实验课程中涉及的各个实验项目的标准实验测试结果，学生在进行EDA实验时，先按照预先设置的用户名在所述的WEB客户端进行登录，通过所述的WEB客户端向所述的阿里云服务器发送实验请求，所述的阿里云服务器接收到用户的实验请求后，与多台所述的实验终端设备进行通信，获取当前处于空闲状态的实验终端设备信息，将一台处于空闲状态的实验终端设备费分配给该用户，并发送反馈信息给所述的WEB客户端发送，用户收到阿里云服务器的反馈信息后，此时所述的WEB客户端的输入操作界面通过所述的阿里云服务器和分配到的实验终端设备WIFI无线收发模块与该实验终端设备进行连接，所述的WEB客户端的输入操作界面作为该实验终端设备的输入模块，用于通过在所述的WEB客户端的输入操作界面进行操作在该实验终端设备上进行EDA实验，在EDA实验过程中，该实验终端设备生成对应的实验测试结果周期性的发送给所述的阿里云服务器进行存储，所述的阿里云服务器将接收到的实验测试结果实时发送给所述的WEB客户端在所述的输出显示模块处进行显示，用户能够直观的看到实验过程中的实验测试结果，用户完成EDA实验后发送相应信息给所述的阿里云服务器，所述的阿里云服务器将其内存储的最终实验测试结果与该EDA实验对应的标准实验测试结果进行比对，发送给实验测试结果是够准确的判定信号给所述的WEB客户端，用户通过WEB客户端获取EDA实验是否正确完成，如正确，则结束实验，若不正确，则调整实验数据继续进行EDA实验，直至正确。

所述的CPLD扩展电路包括了时钟源电路、DDS函数信号发生器、等精度频率计、多路脉冲信号源、输入信号处理模块及输出信号处理模块。

所述的多路脉冲信号源包括多个脉冲信号产生单元，每个所述的脉冲信号产生单元包括型号为74AHC1G08的第一集成芯片，所述的第一集成芯片的第1脚和第5脚连接且其连接端接入5V电压，所述的第一集成芯片的第2脚为所述的脉冲信号产生单元的输入端，用于接入基准时钟信号，所述的第一集成芯片的第3脚接地，所述的第一集成芯片的第4脚为所述的脉冲信号产生单元的输出端，用于输出符合TTL标准的脉冲信号。该电路可以将幅值范围为0～3.3V的前级脉冲信号调整为幅值范围为0～5V的脉冲信号，在对脉冲信号进行缓冲的同时还可以提高脉冲信号的驱动能力。

所述的等精度频率计包括型号为SN74AHCG14的第二集成芯片、第一电阻和第二电阻；所述的第二集成芯片的第1脚和第5脚连接且其连接端接入5V电压，所述的第二集成芯片的第2脚和所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端为所述的等精度频率计的输入端，所述的第二集成芯片的第3脚接地，所述的第二集成芯片的第4脚和所述的第二电阻的一端连接且其连接端为所述的等精度频率计的输出端，所述的第二电阻的另一端接地。该电路通过第二集成芯片可对输入的信号进行整形，提高等精度频率计的测量准确度。

所述的第二AD转换模块的输入端和所述的DA转换模块的输出端通过信号调理电路连接，所述的信号调理电路的输入端和所述的DA转换模块的输出端连接，所述的信号调理电路的输出端和所述的第二AD转换模块的输入端连接，所述的信号调理电路包括型号为AD8042的放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容和第三电容；所述的第三电阻的一端为所述的信号调理电路的输入端，所述的第三电阻的另一端、所述的第四电阻的一端、所述的第五电阻的一端和所述的第一电容的一端连接，所述的第四电阻的另一端、所述的第二电容的一端、所述的放大器的第1脚和所述的第六电阻的一端连接，所述的第一电容的另一端和所述的放大器的第3脚连接且其连接端接地，所述的第五电阻的另一端、所述的第二电容的另一端和所述的放大器的第2脚连接，所述的第六电阻的另一端和所述的第三电容的一端连接且其连接端为所述的信号调理电路的输出端，所述的第三电容的另一端接地。该电路中，信号调理电路作为一种二阶巴特沃斯低通滤波器，可滤除DA转换模块输出信号的高频成分，提高信号的精度。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过在数字电路实验系统中增加WEB客户端和阿里云服务器，在实验终端设备中设置和控制器连接的WIFI无线收发模块，WEB客户端为用户提供可视化EDA实验操作界面，可视化EDA实验操作界面包括输入操作界面和输出显示模块，WEB客户端与阿里云服务器之间通过网络进行通信，阿里云服务器与每台实验终端设备的WIFI无线收发模块通过网络进行通信，阿里云服务器中存储有EDA实验课程中涉及的各个实验项目的标准实验测试结果，学生在进行EDA实验时，先按照预先设置的用户名在WEB客户端进行登录，通过WEB客户端向阿里云服务器发送实验请求，阿里云服务器接收到用户的实验请求后，与多台实验终端设备进行通信，获取当前处于空闲状态的实验终端设备信息，将一台处于空闲状态的实验终端设备费分配给该用户，并发送反馈信息给WEB客户端发送，用户收到阿里云服务器的反馈信息后，此时WEB客户端的输入操作界面通过阿里云服务器和分配到的实验终端设备WIFI无线收发模块与该实验终端设备进行连接，WEB客户端的输入操作界面作为该实验终端设备的输入模块，用于通过在WEB客户端的输入操作界面进行操作在该实验终端设备上进行EDA实验，在EDA实验过程中，该实验终端设备生成对应的实验测试结果周期性的发送给阿里云服务器进行存储，阿里云服务器将接收到的实验测试结果实时发送给WEB客户端在输出显示模块处进行显示，用户能够直观的看到实验过程中的实验测试结果，用户完成EDA实验后发送相应信息给阿里云服务器，阿里云服务器将其内存储的最终实验测试结果与该EDA实验对应的标准实验测试结果进行比对，发送给实验测试结果是够准确的判定信号给WEB客户端，用户通过WEB客户端获取EDA实验是否正确完成，如正确，则结束实验，若不正确，则调整实验数据继续进行EDA实验，直至正确，由此学生不需要去实验室即可进行EDA实验，且不需要老师人为对实验结构进行判断，减少任课老师的工作量，提高EDA实验时效性。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图；

图2为本发明的实验终端设备的结构原理框图；

图3为发明的实验终端设备的脉冲信号产生单元的电路图；

图4为发明的实验终端设备的等精度频率计的电路图；

图5为发明的实验终端设备的信号调理电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1和图2所示，一种数字电路实验系统，包括多台实验终端设备，每台实验终端设备包括FPGA实验板、CPLD扩展电路、控制器、信号源、第一AD转换模块、第二AD转换模块和DA转换模块，FPGA实验板分别与CPLD扩展电路、第一AD转换模块的输出端和DA转换模块的输入端连接，第一AD转换模块的输入端和信号源的输入端连接，DA转换模块的输出端和第二AD转换模块的输入端连接，第二AD转换模块的输出端、信号源的输入端和CPLD扩展电路分别与控制器连接，每台实验终端设备还包括WIFI无线收发模块，WIFI无线收发模块和控制器连接，数字电路实验系统还包括WEB客户端和阿里云服务器，WEB客户端为用户提供可视化EDA实验操作界面，可视化EDA实验操作界面包括输入操作界面和输出显示模块，WEB客户端与阿里云服务器之间通过网络进行通信，阿里云服务器与每台实验终端设备的WIFI无线收发模块通过网络进行通信，阿里云服务器中存储有EDA实验课程中涉及的各个实验项目的标准实验测试结果，学生在进行EDA实验时，先按照预先设置的用户名在WEB客户端进行登录，通过WEB客户端向阿里云服务器发送实验请求，阿里云服务器接收到用户的实验请求后，与多台实验终端设备进行通信，获取当前处于空闲状态的实验终端设备信息，将一台处于空闲状态的实验终端设备费分配给该用户，并发送反馈信息给WEB客户端发送，用户收到阿里云服务器的反馈信息后，此时WEB客户端的输入操作界面通过阿里云服务器和分配到的实验终端设备WIFI无线收发模块与该实验终端设备进行连接，WEB客户端的输入操作界面作为该实验终端设备的输入模块，用于通过在WEB客户端的输入操作界面进行操作在该实验终端设备上进行EDA实验，在EDA实验过程中，该实验终端设备生成对应的实验测试结果周期性的发送给阿里云服务器进行存储，阿里云服务器将接收到的实验测试结果实时发送给WEB客户端在输出显示模块处进行显示，用户能够直观的看到实验过程中的实验测试结果，用户完成EDA实验后发送相应信息给阿里云服务器，阿里云服务器将其内存储的最终实验测试结果与该EDA实验对应的标准实验测试结果进行比对，发送给实验测试结果是够准确的判定信号给WEB客户端，用户通过WEB客户端获取EDA实验是否正确完成，如正确，则结束实验，若不正确，则调整实验数据继续进行EDA实验，直至正确。

如图2所示，本实施例中，CPLD扩展电路包括了时钟源电路、DDS函数信号发生器、等精度频率计、多路脉冲信号源、输入信号处理模块及输出信号处理模块。时钟源电路、DDS函数信号发生器、等精度频率计、多路脉冲信号源、输入信号处理模块及输出信号处理模块分别采用其技术领域的成熟产品。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，区别在于：

如图3所示，本实施例中，多路脉冲信号源包括多个脉冲信号产生单元，每个脉冲信号产生单元包括型号为74AHC1G08的第一集成芯片U1，第一集成芯片U1的第1脚和第5脚连接且其连接端接入5V电压，第一集成芯片U1的第2脚为脉冲信号产生单元的输入端，用于接入基准时钟信号，第一集成芯片U1的第3脚接地，第一集成芯片U1的第4脚为脉冲信号产生单元的输出端，用于输出符合TTL标准的脉冲信号。

如图4所示，本实施例中，等精度频率计包括型号为SN74AHCG14的第二集成芯片U2、第一电阻R1和第二电阻R2；第二集成芯片U2的第1脚和第5脚连接且其连接端接入5V电压，第二集成芯片U2的第2脚和第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端为等精度频率计的输入端，第二集成芯片U2的第3脚接地，第二集成芯片U2的第4脚和第二电阻R2的一端连接且其连接端为等精度频率计的输出端，第二电阻R2的另一端接地。

本实施例中，第二AD转换模块的输入端和DA转换模块的输出端通过信号调理电路连接，信号调理电路的输入端和DA转换模块的输出端连接，信号调理电路的输出端和第二AD转换模块的输入端连接，如图5所示，信号调理电路包括型号为AD8042的放大器D1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；第三电阻R3的一端为信号调理电路的输入端，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端和第一电容C1的一端连接，第四电阻R4的另一端、第二电容C2的一端、放大器D1的第1脚和第六电阻R6的一端连接，第一电容C1的另一端和放大器D1的第3脚连接且其连接端接地，第五电阻R5的另一端、第二电容C2的另一端和放大器D1的第2脚连接，第六电阻R6的另一端和第三电容C3的一端连接且其连接端为信号调理电路的输出端，第三电容C3的另一端接地。

Claims (5)

1.一种数字电路实验系统，包括多台实验终端设备，每台所述的实验终端设备包括FPGA实验板、CPLD扩展电路、控制器、信号源、第一AD转换模块、第二AD转换模块和DA转换模块，所述的FPGA实验板分别与所述的CPLD扩展电路、所述的第一AD转换模块的输出端和所述的DA转换模块的输入端连接，所述的第一AD转换模块的输入端和所述的信号源的输入端连接，所述的DA转换模块的输出端和所述的第二AD转换模块的输入端连接，所述的第二AD转换模块的输出端、所述的信号源的输入端和所述的CPLD扩展电路分别与所述的控制器连接，其特征在于每台所述的实验终端设备还包括WIFI无线收发模块，所述的WIFI无线收发模块和所述的控制器连接，所述的数字电路实验系统还包括WEB客户端和阿里云服务器，所述的WEB客户端为用户提供可视化EDA实验操作界面，所述的可视化EDA实验操作界面包括输入操作界面和输出显示模块，所述的WEB客户端与所述的阿里云服务器之间通过网络进行通信，所述的阿里云服务器与每台所述的实验终端设备的WIFI无线收发模块通过网络进行通信，所述的阿里云服务器中存储有EDA实验课程中涉及的各个实验项目的标准实验测试结果，学生在进行EDA实验时，先按照预先设置的用户名在所述的WEB客户端进行登录，通过所述的WEB客户端向所述的阿里云服务器发送实验请求，所述的阿里云服务器接收到用户的实验请求后，与多台所述的实验终端设备进行通信，获取当前处于空闲状态的实验终端设备信息，将一台处于空闲状态的实验终端设备费分配给该用户，并发送反馈信息给所述的WEB客户端发送，用户收到阿里云服务器的反馈信息后，此时所述的WEB客户端的输入操作界面通过所述的阿里云服务器和分配到的实验终端设备WIFI无线收发模块与该实验终端设备进行连接，所述的WEB客户端的输入操作界面作为该实验终端设备的输入模块，用于通过在所述的WEB客户端的输入操作界面进行操作在该实验终端设备上进行EDA实验，在EDA实验过程中，该实验终端设备生成对应的实验测试结果周期性的发送给所述的阿里云服务器进行存储，所述的阿里云服务器将接收到的实验测试结果实时发送给所述的WEB客户端在所述的输出显示模块处进行显示，用户能够直观的看到实验过程中的实验测试结果，用户完成EDA实验后发送相应信息给所述的阿里云服务器，所述的阿里云服务器将其内存储的最终实验测试结果与该EDA实验对应的标准实验测试结果进行比对，发送给实验测试结果是够准确的判定信号给所述的WEB客户端，用户通过WEB客户端获取EDA实验是否正确完成，如正确，则结束实验，若不正确，则调整实验数据继续进行EDA实验，直至正确。

2.根据权利要求1所述的一种数字电路实验系统，其特征在于所述的CPLD扩展电路包括了时钟源电路、DDS函数信号发生器、等精度频率计、多路脉冲信号源、输入信号处理模块及输出信号处理模块。

3.根据权利要求1所述的一种数字电路实验系统，其特征在于所述的多路脉冲信号源包括多个脉冲信号产生单元，每个所述的脉冲信号产生单元包括型号为74AHC1G08的第一集成芯片，所述的第一集成芯片的第1脚和第5脚连接且其连接端接入5V电压，所述的第一集成芯片的第2脚为所述的脉冲信号产生单元的输入端，用于接入基准时钟信号，所述的第一集成芯片的第3脚接地，所述的第一集成芯片的第4脚为所述的脉冲信号产生单元的输出端，用于输出符合TTL标准的脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的一种数字电路实验系统，其特征在于所述的等精度频率计包括型号为SN74AHCG14的第二集成芯片、第一电阻和第二电阻；所述的第二集成芯片的第1脚和第5脚连接且其连接端接入5V电压，所述的第二集成芯片的第2脚和所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端为所述的等精度频率计的输入端，所述的第二集成芯片的第3脚接地，所述的第二集成芯片的第4脚和所述的第二电阻的一端连接且其连接端为所述的等精度频率计的输出端，所述的第二电阻的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种数字电路实验系统，其特征在于所述的第二AD转换模块的输入端和所述的DA转换模块的输出端通过信号调理电路连接，所述的信号调理电路的输入端和所述的DA转换模块的输出端连接，所述的信号调理电路的输出端和所述的第二AD转换模块的输入端连接，所述的信号调理电路包括型号为AD8042的放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容和第三电容；所述的第三电阻的一端为所述的信号调理电路的输入端，所述的第三电阻的另一端、所述的第四电阻的一端、所述的第五电阻的一端和所述的第一电容的一端连接，所述的第四电阻的另一端、所述的第二电容的一端、所述的放大器的第1脚和所述的第六电阻的一端连接，所述的第一电容的另一端和所述的放大器的第3脚连接且其连接端接地，所述的第五电阻的另一端、所述的第二电容的另一端和所述的放大器的第2脚连接，所述的第六电阻的另一端和所述的第三电容的一端连接且其连接端为所述的信号调理电路的输出端，所述的第三电容的另一端接地。