[實用新型]基于FPGA的新型微機原理與接口實驗系統

有效

• 申請號: 201320004938.1
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN203376909U
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 韓德強;王宗俠;張麗艷;鄭鑫;邵溫;魯鵬程;高雪園;李維銘
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.基于FPGA的新型微機原理與接口實驗系統，其特征在于：包括80x86處理器電路、地址譯碼電路、微機接口芯片電路、FPGA模塊、通用IC擴展電路、輸入設備、輸出設備、通信接口、時鐘電路、邏輯門電路、單脈沖電路、邏輯筆電路、以及蜂鳴器電路；?

所述的80x86處理器電路包括1塊8088處理器、1塊CPLD芯片、1塊Flash存儲器、1塊SRAM存儲器、1塊UART芯片、USB橋接電路、時鐘源、復位電路和總線驅動電路；?

8088處理器的地址總線（A19～A8，AD7～AD0）連接到CPLD的通用IO引腳，經CPLD鎖存后一方面連接至Flash存儲器、SRAM存儲器和UART芯片的地址總線輸入引腳，另一方面經過總線驅動電路的驅動后引出到地址總線插孔（AB15～AB0）上；?

8088處理器的地址/數據總線（AD7～AD0）一方面直接連接至Flash存儲器、SRAM存儲器和UART芯片的數據總線輸入引腳，另一方面經過總線驅動電路的驅動后引出到數據總線插孔（DB7～DB0）上；?

8088處理器的IO/存儲器控制信號讀信號寫信號地址鎖存允許信號（ALE）、保持響應信號（HLDA）、數據允許信號中斷請求信號（INTR）和中斷響應信號連接到CPLD的通用IO引腳，經CPLD內部邏輯運算后產生控制信號,然后經過總線驅動電路的驅動后引出到控制總線插孔上；?

時鐘源是1個有源晶振，其輸出引腳與CPLD的全局時鐘引腳相連，經CPLD內部分頻后輸出到8088的時鐘信號輸入引腳（CLK）；?

復位電路由1塊復位芯片組成，其輸出引腳與CPLD的全局置位/復位引腳相連，該信號在CPLD內部與時鐘信號（CLK）進行同步后一方面輸出到8088的復位信號輸入引腳（RESET），另一方面經過總線驅動電路后引出到插孔（RST）上；?

CPLD還用于產生Flash存儲器、SRAM存儲器和UART芯片的片選信號；?

UART芯片實現8088處理器的異步串行通信，經USB橋接電路后轉換為USB接口實現與開發主機的串行通信；?

所述的地址譯碼電路采用3-8譯碼器對80x86處理器電路引出的地址總線AB3～AB15進行全譯碼，將8條地址譯碼輸出線引出到片選信號插孔上；?

所述的微機接口芯片電路包括1片8253定時/計數器擴展電路、1片8259A中斷控制擴展電路、1片8255A并行接口擴展電路、1片8250A串行通信擴展電路、1路8位數/模轉換電路、8路8位模/數轉換電路。?

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的新型微機原理與接口實驗系統，其特征在于：所述的FPGA模塊包括FPGA芯片、存儲器芯片組、USB?Blaster下載模塊、時鐘電路、電源系統、以及擴展插座。?

3.根據權利要求2所述的基于FPGA的新型微機原理與接口實驗系統，其特征在于：所述的FPGA芯片選用Altera公司的Cyclone?II系列芯片，它支持Altera公司的Nios?II嵌入式軟核處理器；?

存儲器芯片組由SDRAM、SRAM、Flash、以及用來保存FPGA配置信息的EPCS芯片組成；?

USB?Blaster下載模塊由1塊提供USB信號串并轉換的USB?FIFO芯片和1塊實現JTAG/AS模式數據收發的CPLD芯片實現，通過1個開關實現JTAG模式和AS模式的切換；?

時鐘電路由2個有源晶振組成，1個24MHz的晶振一方面連接到CPLD芯片，另一方面連接到FPGA芯片；另一個50MHz的晶振連接到FPGA芯片；?

電源系統由3個電源轉換芯片組成，其中2個用來給外圍的各種存儲芯片和FPGA的I/O引腳供電，1個用來提供FPGA的內核電壓；?

FPGA芯片未使用的所有通用IO引腳引出到擴展插座。?

4.根據權利要求1所述的基于FPGA的新型微機原理與接口實驗系統，其特征在于：所述的通用IC擴展電路包括1個帶鎖緊的雙列直插通用插座和2個雙列直插通用插座，插座的所有引腳引出到了插孔上。?

5.根據權利要求1所述的基于FPGA的新型微機原理與接口實驗系統，其特征在于：所述的輸入設備包括邏輯電平開關和鍵盤矩陣；邏輯電平開關的輸出引腳，鍵盤矩陣的行輸出引腳和列輸入引腳全部引出到了插孔上。?

6.根據權利要求1所述的基于FPGA的新型微機原理與接口實驗系統，其特征在于：?

所述的輸出設備包括LED指示燈，共陰極七段數碼管，點陣LED，LCD液晶屏，?

所有輸出設備的輸入引腳全部引出到了插孔上；?

所述的通信接口包括RS-232接口和RS-485接口；?

所述的時鐘電路提供時鐘信號，同時對輸入的時鐘信號進行分頻后輸出到插孔上；?

所述的邏輯門電路包括與門、或門、非門和D觸發器；?

所述的單脈沖電路采用RS觸發器實現；?

所述的邏輯筆電路對輸入數字信號的高低電平狀態進行指示；?

所述的蜂鳴器電路由無源蜂鳴器實現。?