CN202917075U

CN202917075U - 一种电子设计竞赛fpga实验箱

Info

Publication number: CN202917075U
Application number: CN 201220638880
Authority: CN
Inventors: 宋杰; 林雪原; 熊伟; 关键; 王国庆
Original assignee: Naval Aeronautical Engineering Institute of PLA
Current assignee: Naval Aeronautical Engineering Institute of PLA
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2022-11-28

Abstract

本实用新型提供了一种电子设计竞赛FPGA实验箱装置，它包括箱体，其特点是在箱体内部设实验箱底板（100）、FPGA模块（200）、A/D模块（300）、D/A模块（400）、I/O模块（500）和用户自定义模块（600）；所述的FPGA模块（200）、A/D模块（300）、D/A模块（400）、I/O模块（500）和用户自定义模块（600）分别与实验箱底板（100）连接；箱体内放置电源线及其它模块；主要用于对参加电子设计竞赛的学生的培训和参赛，也可用于教师指导下的本科入门级实验教学、设计开发和辅助培训，可有效避免学生误操作而损坏模块，同时也可以作为一种教学平台，帮助学生更好的掌握和运用数字电路、信号处理等方面的知识。

Description

一种电子设计竞赛FPGA实验箱

技术领域

本实用新型涉及数字电路技术领域，具体地讲是一种电子设计竞赛FPGA实验箱装置，主要用于对参加电子设计竞赛的学生的培训和参赛，也可用于教师指导下的本科入门级实验教学、设计开发和辅助培训。

背景技术

FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，在数字信号处理领域以及大学生电子设计竞赛中的应用越来越广泛。

目前市面上的大多数FPGA实验箱硬件结构复杂、价格昂贵、实验例程仅限于一些常见的通用实验例程，不能满足目前学生电子设计竞赛赛前训练的使用需求。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种电子设计竞赛FPGA实验箱，主要解决现有的FPGA实验箱的结构复杂、价格昂贵、竞赛指导性不强的问题。

本实用新型的技术方案是：一种电子设计竞赛FPGA实验箱，它包括箱体，其特征在于在箱体内部设实验箱底板、FPGA模块、A/D模块、D/A模块、I/O模块和用户自定义模块；所述的FPGA模块、A/D模块、D/A模块、I/O模块和用户自定义模块分别与实验箱底板连接；箱体内放置电源线及其它模块。

其中，所述的FPGA模块采用的是Xilinx公司Spartan3系列FPGA芯片XC3S400PQ208和Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C12Q240。

其中，所述的I/O模块包括拨码开关、矩阵键盘、蜂鸣器、数码管、LED灯和点阵液晶。

其中，所述的用户自定义模块包括DDS模块、三相D/A模块、单片机模块、串口模块、VGA模块和彩屏液晶模块。

其中，所述的A/D模块由两片12位65MSPS的AD9226高速模/数转换芯片组成。

其中，所述的D/A模块由两片14位125MSPS的AD9764高速数/模转换芯片组成。

本实用新型所述的电子设计竞赛FPGA实验箱，配套实验例程包括基础实验、数字电路实验和电子竞赛实验三大部分。其中，电子竞赛实验包括：简易数字频率计、数字有效值电压表、移相信号发生器、数字相位测量仪、简易逻辑分析仪、正弦信号发生器、数字存储示波器、程控滤波器、任意波发生器、简易数字频谱仪。

本实用新型所述的一种电子设计竞赛FPGA实验箱与已有技术相比具有如下积极效果：1、实验箱采用模块化设计，具有实用性、灵活性、稳定性和易操作性，其性价比高，性能稳定，灵活性好；2、每个模组可以配合FPGA 单独使用，灵活性好，完全避免了市场上其他开发板功能多，但很多不适用的功能或者器件的缺点；3、功能强大，适用范围广，操作方便，指导教程完善，针对性强，使用者能快速学会使用，能独立自主地进行学习和使用，有效避免学生误操作而损坏模块。

附图说明

图1是本实用新型的连接结构示意图；

图2是图1的详细连接示意图。

具体实施方式

为了更好地理解与实施，下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图1、2所示，实验箱体采用铝合金箱体，在实验箱内部木框上固定实验箱底板100，并在实验箱底板100上分别接插FPGA模块200、A/D模块300、D/A模块400、I/O模块500和用户自定义模块600，在箱体内还放置电源线及其它模块；FPGA模块200选用Xilinx公司Spartan3系列FPGA芯片XC3S400PQ208和Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C12Q240；A/D模块300由两片12位65MSPS的AD9226高速模/数转换芯片组成，满足高速高精度数据采集需求；D/A模块400由两片14位125MSPS的AD9764高速数/模转换芯片组成，满足高速高精度波形输出需求；I/O模块500包括拨码开关501、矩阵键盘502、蜂鸣器503、数码管504、LED灯505和点阵液晶506；用户自定义模块600包括DDS模块601、三相D/A模块602、单片机模块603、串口模块604、VGA模块605和彩屏液晶模块606，用户自定义模块可以根据需要在实验箱用户自定义区放置，用户还可以将自己设计的模块按照本实验箱底板的接口位置设计插到该底板上；使用时只需要在集成软件开发环境中编写实现特定功能的软件代码就可以了。

下面以“数字存储示波器”和“程控滤波器”为例，具体说明如何对该实验箱进行使用开发，以更加直观的形式展现设计理念。

（1）数字存储示波器

实验目的就是设计一个数字存储示波器，学会调用双端口RAM的IP核，掌握数字存储示波器的工作原理。

整个设计的基本原理本就是以FPGA芯片为核心，辅以必要的外围电路（内部触发、A/D转换和D/A转换），利用VHDL语言编程，实现任意波形单次触发和存储回放功能。信号采集时，将外部输入信号经A/D转换后送入FPGA内部的双口RAM进行高速缓存，并将结果通过D/A转换送给通用示波器进行显示，完成了对低、中频信号的实时采样和高频信号的等效采样和数据存储回放，设计时需要使用双端口RAM模块的IP核。

本例的硬件连接电路主要包括：FPGA模块、I/O模块、A/D模块、D/A模块等。

实验结果：信号从A/D1输入，输入信号电压峰峰值不要超过A/D输入范围，即4V。D/A1输出锯齿波扫描信号接模拟示波器的X轴输入端，D/A2输出采集信号接模拟示波器的Y轴输入端。由信号源产生一个正弦信号，经过本数字存储示波器系统后输出到模拟示波器，可以在示波器显示屏上看到稳定的正弦信号波形，同时可以通过拨码开关设置垂直灵敏度和扫描速度。

（2）程控滤波器

实验目的就是设计一个程控滤波器，学会利用MATLAB的FDATOOL工具设计滤波器，并设计FIR IP核，掌握程控滤波器的工作原理。

实验的基本原理是以FPGA为核心，采用模块化的设计思想，通过MATLAB的FDATOOL工具设计滤波器，生成滤波器系数用于FIR IP核的设计，调用IP核实现FIR滤波功能，实现了数字滤波器的设计。

电路主要部分由FPGA核心模块、A/D转换模块、D/A转换模块等组成。利用FPGA内部FIR核实现一个采样率为400KHz，100阶的低通数字滤波器，截止频率为10KHz。

实验结果：用信号源产生200Hz的正弦波，再用10.5kHz的正弦波调制（内调制），分出两路信号分别到A/D输入端和示波器通道1，D/A输出接示波器通道2。从示波器可以分别观察到原调幅波和滤波后波形，经过截止频率为10KHz的低通滤波器后，可以还原200Hz的原始正弦波信号。

Claims

1.一种电子设计竞赛FPGA实验箱，它包括箱体，其特征在于在箱体内部设实验箱底板（100）、FPGA模块（200）、A/D模块（300）、D/A模块（400）、I/O模块（500）和用户自定义模块（600）；所述的FPGA模块（200）、A/D模块（300）、D/A模块（400）、I/O模块（500）和用户自定义模块（600）分别与实验箱底板（100）连接；箱体内放置电源线及其它模块。

2.根据权利要求1所述的电子设计竞赛FPGA实验箱，其特征在于所述的I/O模块（500）包括拨码开关（501）、矩阵键盘（502）、蜂鸣器（503）、数码管（504）、LED灯（505）和点阵液晶（506）。

3.根据权利要求1所述的电子设计竞赛FPGA实验箱，其特征在于所述的用户自定义模块（600）包括DDS模块（601）、三相D/A模块（602）、单片机模块（603）、串口模块（604）、VGA模块（605）和彩屏液晶模块（606）。

4.根据权利要求1所述的电子设计竞赛FPGA实验箱，其特征在于所述的A/D模块（300）由两片12位65MSPS的AD9226高速模/数转换芯片组成。

5.根据权利要求1所述的电子设计竞赛FPGA实验箱，其特征在于所述的D/A模块（400）由两片14位125MSPS的AD9764高速数/模转换芯片组成。