專利名稱：一種教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及控制技術(shù)，更具體地說，涉及一種教學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
FPGA (Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)是在 PAL、GAL、CPLD 等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種 半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限 的缺點。在FPGA教學(xué)系統(tǒng)中，通常以硬件描述語言(Verilog或VHDL)所完成的電路設(shè)計， 經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速地?zé)浿罠PGA上進行測試。單片機是電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)起來相對FPGA容易。如果能夠借助單片 機來學(xué)習(xí)FPGA，則可以進一步加強學(xué)習(xí)者對單片機應(yīng)用和FPGA應(yīng)用的深刻認(rèn)識。但目前的教學(xué)系統(tǒng)往往只有一個功能，單片機教學(xué)系統(tǒng)只能滿足單片機的教學(xué)需 要，并不能用于學(xué)習(xí)FPGA。而傳統(tǒng)的FPGA教學(xué)系統(tǒng)通常也不能滿足單片機的教學(xué)需要，且 硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述教學(xué)系統(tǒng)功能單一的缺 陷，提供一種教學(xué)系統(tǒng)，該教學(xué)系統(tǒng)既能滿足單片機教學(xué)需要又能滿足FPGA教學(xué)需要。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種教學(xué)系統(tǒng)，包括單片 機模塊、FPGA模塊、用于插接單片機模塊或FPGA模塊的插接座，與所述插接座連接的輸入 設(shè)備、輸出設(shè)備、AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備和總線接口。在本實用新型所述的教學(xué)系統(tǒng)中，所述輸入設(shè)備包括分別與所述插接座連接的矩 陣鍵盤、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口。在本實用新型所述的教學(xué)系統(tǒng)中，所述矩陣鍵盤為8*8矩陣鍵盤。在本實用新型所述的教學(xué)系統(tǒng)中，所述輸出設(shè)備包括分別與所述插接座連接的數(shù) 碼管、LED燈、液晶顯示器接口、標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口、揚聲器。在本實用新型所述的教學(xué)系統(tǒng)中，所述總線接口包括分別與所述插接座連接的網(wǎng) 絡(luò)接口、串行口、I2C總線接口、單總線接口、SPI總線接口。在本實用新型所述的教學(xué)系統(tǒng)中，所述AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備包括分別與所述插接座連 接的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。實施本實用新型的技術(shù)方案，具有以下有益效果1.該教學(xué)系統(tǒng)既能滿足單片機教學(xué)需要又能滿足FPGA教學(xué)需要；2.硬件結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，且容易操作，可直觀地展現(xiàn)所完成的電路設(shè)計實驗項 目，便于初學(xué)者學(xué)習(xí)。
下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖IA是本實用新型教學(xué)系統(tǒng)作為單片機教學(xué)系統(tǒng)實施例一邏輯圖；圖IB是本實用新型教學(xué)系統(tǒng)作為FPGA教學(xué)系統(tǒng)實施例一邏輯圖；圖2是本實用新型教學(xué)系統(tǒng)實施例二的邏輯圖。
具體實施方式
結(jié)合圖IA和圖1B，在本實用新型的教學(xué)系統(tǒng)實施例一的邏輯圖中，該教學(xué)系統(tǒng)包 括單片機模塊200、FPGA模塊300、用于插接單片機模塊200或FPGA模塊300的插接座100， 與所述插接座連接的輸入設(shè)備400、輸出設(shè)備500、總線接口 600和AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備700。在 圖IA中，單片機模塊200通過插接座100連接輸入設(shè)備400、輸出設(shè)備500、總線接口 600 和AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備700，此時，該教學(xué)系統(tǒng)為單片機教學(xué)系統(tǒng)。在圖IB中，F(xiàn)PGA模塊300通 過插接座100連接輸入設(shè)備400、輸出設(shè)備500、總線接口 600和AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備700，此時， 該教學(xué)系統(tǒng)為FPGA教學(xué)系統(tǒng)。在圖2示出的本實用新型的教學(xué)系統(tǒng)實施例二的邏輯圖中，該教學(xué)系統(tǒng)包括單片 機模塊(未示出)、FPGA模塊(未示出)、用于插接單片機模塊或FPGA模塊的插接座100， 與所述插接座連接的輸入設(shè)備400、輸出設(shè)備500、總線接口 600和AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備700。其 中，輸入設(shè)備400包括分別與插接座100連接的矩陣鍵盤401、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口 402，優(yōu)選地， 矩陣鍵盤可為8*8矩陣鍵盤。輸出設(shè)備500包括分別與插接座100連接的數(shù)碼管501、LED 燈502、液晶顯示器接口 503、標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口 504、揚聲器505，例如，數(shù)碼管501的數(shù)量可 為8個，以8個數(shù)碼管的顯示來展現(xiàn)實驗項目的結(jié)果。LED燈502可以是8個LED流水燈，以 8個LED流水燈的亮滅來展現(xiàn)實驗項目的結(jié)果?？偩€接口 600可包括分別與插接座100連 接的網(wǎng)絡(luò)接口 601、串行口 602、1 總線接口 603、單總線接口 604、SPI總線接口 605。AD/ DA轉(zhuǎn)換設(shè)備700包括分別與插接座100連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路701和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路702。應(yīng) 當(dāng)說明的是，在該教學(xué)系統(tǒng)作為單片機教學(xué)系統(tǒng)使用時，將單片機模塊置入插接座中；在該 教學(xué)系統(tǒng)作為FPGA教學(xué)系統(tǒng)使用時，將FPGA模塊置入插接座中。該教學(xué)系統(tǒng)可以開發(fā)的實驗項目具體包括流水燈項目、數(shù)碼管掃描項目、樂曲演 奏項目、數(shù)字跑表和數(shù)字鐘項目、密碼鎖項目、數(shù)據(jù)采集項目、飲料自動售賣機項目、I2C器 件控制項目、SPI器件控制項目、單總線器件控制項目、串口協(xié)議項目、網(wǎng)口協(xié)議項目等等。 基于這些外設(shè)的項目，可以在教學(xué)中開展項目式教學(xué)；同時也可以在單片機模塊中或FPGA 模塊中實現(xiàn)高水平的系統(tǒng)設(shè)計，作為深入學(xué)習(xí)單片機或FPGA的平臺。下面以“流水燈項目，，和“樂曲演奏項目，，具體說明該融合單片機和FPGA的教學(xué) 系統(tǒng)是如何實現(xiàn)教學(xué)，以更加直觀的形式展現(xiàn)設(shè)計理念的。一、流水燈項目實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，使實驗者掌握使用硬件描述語言或C語音來實現(xiàn)簡單I/O接 口應(yīng)用的技術(shù)和方法。實現(xiàn)步驟分為應(yīng)用單片機實現(xiàn)和使用FPGA實現(xiàn)兩種方法。采用FPGA模塊的實現(xiàn)步驟(1)采用硬件描述語言，將硬件中的固定系統(tǒng)頻率進行分頻，獲得IHz的頻率；[0028](2)采用行為方式建模，獲得IHz改變一次端口高低電平狀態(tài)的硬件邏輯，這些硬 件邏輯的輸出將用于驅(qū)動8個LED流水燈，該硬件邏輯要滿足流水燈項目的具體要求；(3)將上述硬件邏輯，針對特定的FPGA及相應(yīng)的硬件環(huán)境，進行引腳鎖定，這樣就 將采用硬件描述語言撰寫的硬件邏輯轉(zhuǎn)換為了實際的硬件；(4)由于實際的FPGA硬件管腳已經(jīng)與8個LED流水燈進行了連接，所以FPGA工作 后即驅(qū)動燈按著邏輯設(shè)定的方式運轉(zhuǎn)；(5)在上述設(shè)計中，還可以通過8*8矩陣鍵盤從多種LED流水燈模式中選擇。采用單片機模塊的實現(xiàn)步驟(1)采用C語言，根據(jù)單片機工作系統(tǒng)頻率采用軟件延時的方法進行分頻，獲得 IHz的頻率；(2)使用單片機相應(yīng)的端口驅(qū)動8個LED流水燈，使用C語言編程實現(xiàn)，同時使用 上一步驟中的延時函數(shù)，使驅(qū)動LED流水燈滿足項目的具體要求；(3)將上述軟件進行編譯鏈接生成二進制可下載文件；(4)將上述二進制可下載文件載入單片機，則單片機就控制燈按著邏輯設(shè)定的方 式運轉(zhuǎn)；(5)在上述設(shè)計中，還可以通過8*8矩陣鍵盤從多種LED流水燈模式中選擇。實驗結(jié)果實驗者可用眼睛直觀地觀察到8個LED流水燈的亮滅。二、樂曲演奏項目實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，使實驗者掌握使用硬件描述語言或C語言來實現(xiàn)較復(fù)雜應(yīng) 用的技術(shù)和方法。實現(xiàn)步驟分為應(yīng)用單片機實現(xiàn)和使用FPGA實現(xiàn)兩種方法。采用FPGA模塊的實現(xiàn)步驟(1)首先確定音樂簡譜中的各音調(diào)的頻率；(2)采用硬件描述語言，將硬件中的固定系統(tǒng)頻率進行分頻，獲得各音調(diào)的頻率；(3)采用行為方式建模，按簡譜中規(guī)定的各音調(diào)的時長比率，持續(xù)輸出該頻率，這 個輸出將用于驅(qū)動揚聲器；(4)將上述硬件邏輯，針對特定的FPGA及相應(yīng)的硬件環(huán)境，進行引腳鎖定，這樣就 將采用硬件描述語言撰寫的硬件邏輯轉(zhuǎn)換為了實際的硬件；(5)由于實際的FPGA硬件管腳已經(jīng)與揚聲器燈進行了連接，所以FPGA工件后即驅(qū) 動揚聲器按著簡譜播放動聽的音樂了 ；⑶在上述設(shè)計中，還可以通過8*8矩陣鍵盤從多種樂曲中選擇一首或多首進行播放。采用單片機模塊的實現(xiàn)步驟(1)首先確定音樂簡譜中的各音調(diào)的頻率； ⑵采用C語言，根據(jù)單片機的系統(tǒng)工作頻率■定時器進行分頻，獲得各音調(diào)的頻率；(3)采用C語言進行程序設(shè)計，按簡譜中規(guī)定的各音調(diào)的時長比率，持續(xù)輸出該頻 率，這個輸出將用于驅(qū)動揚聲器；(4)將上述C程序編譯鏈接生成二進制可下載文件，然后載入單片機，這樣單片機 就驅(qū)動揚聲器按著簡譜播放動聽的音樂了 ；⑶在上述設(shè)計中，還可以通過8*8矩陣鍵盤從多種樂曲中選擇一首或多首進行播放。[0055]實驗結(jié)果實驗者可用耳朵直觀地欣賞到揚聲器播放的音樂。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括單片機模塊、FPGA模塊、用于插接單片機模塊或 FPGA模塊的插接座，與所述插接座連接的輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備和總線接
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入設(shè)備包括分別與所述插接 座連接的矩陣鍵盤、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述矩陣鍵盤為8*8矩陣鍵盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出設(shè)備包括分別與所述插接 座連接的數(shù)碼管、LED燈、液晶顯示器接口、標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口、揚聲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述總線接口包括分別與所述插接 座連接的網(wǎng)絡(luò)接口、串行口、1 總線接口、單總線接口、SPI總線接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備包括分 別與所述插接座連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。
專利摘要本實用新型涉及一種教學(xué)系統(tǒng)，該教學(xué)系統(tǒng)包括單片機模塊、FPGA模塊、用于插接單片機模塊或FPGA模塊的插接座，與所述插接座連接的輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、AD/DA轉(zhuǎn)換設(shè)備和總線接口。實施本實用新型的技術(shù)方案，使該教學(xué)系統(tǒng)既能滿足單片機教學(xué)需要又能滿足FPGA教學(xué)需要。另外，該教學(xué)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，且容易操作，可直觀地展現(xiàn)所完成的電路設(shè)計實驗項目，便于初學(xué)者學(xué)習(xí)。
文檔編號G09B23/18GK201918086SQ20102061133
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者湛邵斌, 王勇, 王瑞春, 賀敬凱 申請人:深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院