CN218069149U - 基于fpga逻辑芯片映射的数字电路实验模块及实验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块及实验箱，所述实验模块包括：基板，所述基板内设有FPGA芯片，所述FPGA芯片内预先配置有多种逻辑芯片；多个映射部，任一所述映射部的引脚均与所述FPGA芯片的IO口对应连接，以用于将对应的逻辑芯片映射到所述映射部上；数字显示屏，设置于所述基板上，并与所述FPGA芯片连接，以用于显示所述多种逻辑芯片，并进行人机交互。该数字电路实验模块利用该数字显示屏配合多个映射部即可完成逻辑芯片的选择，使得实验人员可直接使用配置好的逻辑芯片进行实验而无需插接实物芯片，既提高了使用的便利性，又提高了使用的安全性。

Description

基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块及实验箱

技术领域

本实用新型涉及一种基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块，还涉及使用其的数字电路实验箱，属于数字电路实验设备领域。

背景技术

数字电路实验模块(箱)是高校电子信息、计算机及机电专业学生数字电路必修课的实验设备，设备的使用面和使用量非常大。

目前高校学生做数字电路实验基本采用二种方法：一是教师课前配发检测好的芯片，学生在面包板上插芯片搭电路做实验，课后教师再回收并检测芯片，这种方法的优点是学生能接触到真实芯片，缺点是教师实验课准备工作量很大，再有是学生因为芯片引脚变形不易插面包板影响实验效率或容易折断芯片引脚损坏芯片。二是利用FPGA可编程技术，在计算机上拖放实验所需芯片对应的逻辑符号，再锁定编译加载可编程芯片到实验模块芯片插座，最后利用加载的一系列芯片搭电路做实验，这种方法的优点是不需配发芯片和插芯片，缺点是低年级学生没有FPGA知识背景，实验方法不易掌握且实验效率比较低。

实用新型内容

本实用新型解决的首要技术问题在于提供一种基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块，以提高数字实验操作的便利性和安全性。

本实用新型解决的另一技术问题在于提供一种数字电路实验箱。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型技术方案的第一方面，提供一种基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块，包括：

基板，所述基板内设有FPGA芯片，所述FPGA芯片内预先配置有多种逻辑芯片；

多个映射部，任一所述映射部的引脚均与所述FPGA芯片的IO口对应连接，以用于将对应的逻辑芯片映射到所述映射部上；

数字显示屏，设置于所述基板上，并与所述FPGA芯片连接，以用于显示所述多种逻辑芯片，并进行人机交互。

优选地，任一所述映射部上还具有芯片插座，所述芯片插座的引脚与所述映射部的引脚对应连接，以用于插接实物芯片。

优选地，所述多个映射部的引脚数量均相同、均不同或部分相同。

优选地，所述数字电路实验模块包括五个映射部，其中，两个所述映射部具有14芯插座，两个所述映射部具有16芯插座，一个所述映射部具有20芯插座。

优选地，还包括：

供电部，设置于所述基板上，以用于与外部电源连接；

通信部，设置于所述基板上，以用于通过CAN总线连接所述FPGA芯片与数字电路实验设备。

优选地，所述基板上还设有多个模块连接指示灯，所述多个模块连接指示灯与所述多个映射部一一对应，以用于指示所述映射部是否处于连接状态。

优选地，所述基板上还设有电源指示灯和通信指示灯，所述电源指示灯与所述供电部连接，以用于指示供电状态；所述通信指示灯与所述通信部连接，以用于指示通信状态。

优选地，所述FPGA芯片的IO口数量不小于80个。

本实用新型技术方案的第二方面，提供一种数字电路实验箱，包括：

箱体，所述箱体内具有FPGA控制系统；

上述数字电路实验模块，所述数字电路实验模块设置于所述箱体的操作面板上，并与所述控制系统连接，以用于进行多种逻辑芯片的映射；

液晶触摸屏，设置于所述操作面板上，并与所述数字实验模块连接，以用于显示所述多种逻辑芯片，并进行人机交互。

优选地，所述数字电路实验箱包括多个所述数字电路实验模块，多个所述数字电路实验模块中，各映射部的数量均相同、均不同或部分相同。

本实用新型与现有技术相比，有益效果如下：

(1)、本实施例提供的数字电路实验模块利用该数字显示屏配合多个映射部即可完成逻辑芯片的选择，使得实验人员可直接使用配置好的逻辑芯片进行实验而无需插接实物芯片，既提高了使用的便利性，又提高了使用的安全性。

(2)、数字电路实验模块无需计算机现场编译，能够将FPGA芯片中配置好的几十种逻辑芯片随意映射至模块任一个映射部上。

(3)、本实施例中的映射部上还可以设置芯片插座，从而实现插接实物芯片的功能，可根据需要自由搭配使用方式，从而提高数字电路实验模块使用的灵活性。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例提供的一种数字电路实验箱的结构示意图；

图3为开机后液晶触摸屏的主界面示意图；

图4为液晶触摸屏的模块芯片配置界面示意图。

在附图中，各附图标记表示：

1、基板；2、映射部；3、数字显示屏；4、芯片插座；5、供电部；6、通信部；7、模块连接指示灯；8、电源指示灯；9、通信指示灯；10、箱体；101、操作面板；20、数字电路实验模块；21、模电实验模块；30、液晶触摸屏。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

<第一实施例>

如图1所示，为本实用新型第一实施例提供的一种基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块，其包括：基板1、多个映射部2以及数字显示屏3。

其中，所述基板1内设有FPGA芯片(图中未示出)，所述FPGA芯片内预先配置有多种逻辑芯片。任一所述映射部2的引脚均与所述FPGA芯片的IO口对应连接，以用于将对应的逻辑芯片映射到所述映射部2上。数字显示屏3设置于所述基板1上，并与所述FPGA芯片连接，以用于显示所述多种逻辑芯片，并进行人机交互。

具体的，本实施例中，当需要使用该数字电路实验模块时，可首先点击所需要映射的映射部2，然后，从数字显示屏3的逻辑芯片列表栏中选择所需型号的逻辑芯片，则所述映射部2上会显示出所选择的逻辑芯片，表面所述逻辑芯片已经映射到所述映射部2处。重复上述操作可根据需要映射多个型号的逻辑芯片，以满足实验需求。

在一实施例中，优选地，任一所述映射部2上还具有芯片插座4，所述芯片插座4的引脚与所述映射部2的引脚对应连接，以用于插接实物芯片。具体的，在该实施例中，通过在映射部2上设置芯片插座4，使得每一个映射部2除了可以实现逻辑芯片的映射功能之外，还可以通过芯片插座4外接实物芯片。例如：在使用过程中，发现FPGA芯片中配置好的几十种逻辑芯片都无法满足实验需求，则可以通过外接实物芯片的方式实现。由此，在使用过程中，可根据需要自由搭配使用方式，从而提高了该数字电路实验模块使用的灵活性。

在上述实施例中，所述数字电路实验模块共包括五个映射部2，其中，两个所述映射部2具有14芯插座，两个所述映射部2具有16芯插座，一个所述映射部2具有20芯插座。可以理解的是，所述14芯插座指的是芯片插座4的引脚为14个，类似的，16芯插座的引脚为16个，20芯插座的引脚为20个。不同引脚的芯片插座4所能够插接的实物芯片不同，本实施例中的五个映射部2仅为一种使用情况，在其他实施例中，各芯片插座4的引脚数量可根据需要进行调整。

此外，需要理解的是，在上述实施例中，所述多个映射部2的引脚数量可以相同也可以不同，例如：所有映射部2的引脚数量均相同、所有映射部2的引脚数量均不同或仅有一部分映射部2的引脚数量相同，具体可根据实际需要进行适应性选择。

在上述实施例中，所述FPGA芯片的IO口数量不小于80个。通过将FPGA芯片的IO口分别引到芯片插座4，在FPGA芯片中用硬件描述语言编好常用的逻辑芯片程序，一般为30种左右，然后在FPGA芯片中设计芯片映射逻辑开关组。如果按5个芯片插座4可选30个逻辑芯片计算，则FPGA芯片中应设计有60个14位、60个16位、30个20位的逻辑开关，具体哪组或哪几组开关闭合由数字显示屏3送来的芯片型号和芯片插座4的位置决定。由此，实现了数字电路实验模块的逻辑芯片映射功能。

在上述实施例，所述数字电路实验模块还包括供电部5和通信部6。其中，所述供电部5设置于所述基板1上，以用于与外部电源连接，从而为所述基板1供电。所述通信部6设置于所述基板1上，以用于通过CAN总线连接所述FPGA芯片与数字显示屏3，从而实现FPGA芯片与数字显示屏3的通信，一方面数字显示屏3需要将选择的芯片型号通知所述FPGA芯片，另一方面所述FPGA芯片需要将映射的逻辑芯片各引脚状态发送给数字显示屏3。具体的，本实施例中，基板1呈矩形形状，在矩形基板1的其中两个角上开设有两个供电连接孔，在矩形基板1的另外两个角上开设有两个通信连接孔，从而可以简化数字电路实验模块，方便实验模块的拆装和维护。此外，需要理解的是，两个通信连接孔的通信协议有多种，如RS485、MBUS、CAN等，本实施例中选择CAN总线主要考虑多节点能并联、硬件简单、且抗干抗性能好。

在上述实施例中，所述基板1上还设有多个模块连接指示灯7，所述多个模块连接指示灯7与所述多个映射部2一一对应，以用于指示所述映射部2是否处于连接状态。由此，利用该模块连接指示灯7能够判断正在使用的映射部2是否处于正常工作状态。此外，所述基板1上还设有电源指示灯8和通信指示灯9。所述电源指示灯8与所述供电部5连接，以用于指示供电状态，表明数字电路实验模块是否正常供电。所述通信指示灯9与所述通信部6连接，以用于指示通信状态，表明逻辑芯片已映射且工作正常。由此，通过各个指示灯的设置，能够对实验人员进行直观的提示，从而能够准确判断数字电路实验模块的运行状态。

综上所述，本实施例提供的数字电路实验模块利用该数字显示屏3配合多个映射部2即可完成逻辑芯片的选择，使得实验人员可直接使用配置好的逻辑芯片进行实验而无需插接实物芯片，既提高了使用的便利性，又提高了使用的安全性。而且，该数字电路实验模块无需计算机现场编译，能够将FPGA芯片中配置好的几十种逻辑芯片随意映射至模块任一个映射部2上。此外，本实施例中的映射部2上还可以设置芯片插座4，从而实现插接实物芯片的功能，可根据需要自由搭配使用方式，从而提高数字电路实验模块使用的灵活性。

<第二实施例>

如图2所示，为本实用新型第二实施例提供的一种数字电路实验箱，其包括：箱体10、数字电路实验模块20以及液晶触摸屏30。

其中，所述箱体10内具有FPGA控制系统。所述数字电路实验模块20设置于所述箱体10的操作面板101上，并与所述控制系统连接，以用于进行多种逻辑芯片的映射。液晶触摸屏30设置于所述操作面板101上，并与所述数字实验模块20连接，以用于显示所述多种逻辑芯片，并进行人机交互。

具体的，数字电路实验箱的逻辑芯片选择是在液晶触摸屏30上进行，开机后液晶触摸屏30的主界面如图3所示，主界面用于选择实验箱配置功能，分别为：左侧模块配置、右侧模块配置、示波器、逻辑分析仪、关机。与本实施例相关的是左右侧模块配置功能，具体配置过程如下：

第一步，点击左侧模块配置或右侧模块配置按钮，液晶触摸屏30进入模块芯片配置界面(如图4所示)。其中，界面右侧是逻辑芯片列表栏(即：FPGA中配置好的逻辑芯片)，左侧为5个映射部2。第二步，在配置界面的左侧点击需要映射逻辑芯片的位置(即映射部2的位置)。第三步，在配置界面的右侧点击所需要映射的逻辑芯片，此时，对应的映射部2所在的位置处会显示出选择的逻辑芯片，表明该逻辑芯片已经映射到映射部2。如图4中所示，5个映射部2分别映射了7400、7404、7432、7474、74138芯片，实验人员可以直接使用这些逻辑芯片进行实验，无需插接实物芯片。

如图2所示，在本实施例中，所述数字电路实验模块20包括模电实验模块21，所述模电实验模块21设置于操作面板101上，并与数字实验模块20的映射部2连接，以用于进行相关的模电实验。

在一实施例中，优选的，所述数字电路实验箱包括多个所述数字电路实验模块20，多个所述数字电路实验模块20中，各映射部2的数量均相同、均不同或部分相同，具体可根据需要进行适应性选择。

综上所述，本实施例中提供的数字电路实验箱，由于不需要或很少需要实物芯片，因此无需采购大量小规模逻辑芯片，在进行实验操作时，也无需进行芯片配发、芯片检测以及芯片插接等操作，节约了实验人员的大量时间，节省了大量的人力成本和物力成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于FPGA逻辑芯片映射的数字电路实验模块，其特征在于，包括：

基板，所述基板内设有FPGA芯片，所述FPGA芯片内预先配置有多种逻辑芯片；

多个映射部，任一所述映射部的引脚均与所述FPGA芯片的IO口对应连接，以用于将对应的逻辑芯片映射到所述映射部上；

数字显示屏，设置于所述基板上，并与所述FPGA芯片连接，以用于显示所述多种逻辑芯片，并进行人机交互。

2.如权利要求1所述的数字电路实验模块，其特征在于，任一所述映射部上还具有芯片插座，所述芯片插座的引脚与所述映射部的引脚对应连接，以用于插接实物芯片。

3.如权利要求1所述的数字电路实验模块，其特征在于，所述多个映射部的引脚数量均相同、均不同或部分相同。

4.如权利要求2所述的数字电路实验模块，其特征在于，所述数字电路实验模块包括五个映射部，其中，两个所述映射部具有14芯插座，两个所述映射部具有16芯插座，一个所述映射部具有20芯插座。

5.如权利要求1所述的数字电路实验模块，其特征在于，还包括：

供电部，设置于所述基板上，以用于与外部电源连接；

通信部，设置于所述基板上，以用于通过CAN总线连接所述FPGA芯片与数字电路实验设备。

6.如权利要求1所述的数字电路实验模块，其特征在于，所述基板上还设有多个模块连接指示灯，所述多个模块连接指示灯与所述多个映射部一一对应，以用于指示所述映射部是否处于连接状态。

7.如权利要求5所述的数字电路实验模块，其特征在于，所述基板上还设有电源指示灯和通信指示灯，所述电源指示灯与所述供电部连接，以用于指示供电状态；所述通信指示灯与所述通信部连接，以用于指示通信状态。

8.如权利要求1所述的数字电路实验模块，其特征在于，所述FPGA芯片的IO口数量不小于80个。

9.一种数字电路实验箱，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体内具有FPGA控制系统；

至少一个如权利要求1-8中任一项所述的数字电路实验模块，所述数字电路实验模块设置于所述箱体的操作面板上，并与所述控制系统连接，以用于进行多种逻辑芯片的映射；

液晶触摸屏，设置于所述操作面板上，并与所述数字实验模块连接，以用于显示所述多种逻辑芯片，并进行人机交互。

10.如权利要求9所述的数字电路实验箱，其特征在于，所述数字电路实验箱包括多个所述数字电路实验模块，多个所述数字电路实验模块中，各映射部的数量均相同、均不同或部分相同。

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