[發明專利]數字電路實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201410096613.X
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103915023A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 楊峰;翟臨博;張佳
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及數字電路實驗裝置及實驗方法。

背景技術

在教授《數字電路》等數字系統課時，需要讓學生做相應的數字電路實驗。傳統的實驗方法是在實驗箱的集成電路的插座上插入所需實驗的集成電路，然后用導線按要求連接它們形成所需實驗電路。此方法的缺點是：1.學生由于經驗不足，連線會經常連錯。2.實驗箱用久了，連線與插座之間會接觸不良，學生很難判斷并查找原因。3.若頻率較高，連線的長度選擇不當也會影響電路的正常工作。4.此連線方法在實際工作中并不被采用，一般是采用印刷電路板（PCB）設計來完成的。

發明專利《數字邏輯器件預置型數字電路實驗裝置》，專利號：201110404131.2，發明的實驗裝置是用DSP通過預置實驗開關的狀態來確定實驗編號，查找到該編號實驗所對應邏輯關系的數據庫的位置，讀取邏輯關系圖，DSP根據邏輯關系圖配置對應器件管腳模塊狀態定義，DSP根據每個器件管腳模塊預置的邏輯關系，作相應的邏輯運算和輸出。其缺點是：學生在實驗時見不到真正的邏輯芯片，如74LS00,74LS138，74LS374等，只是一種仿真的感覺，初學者很難建立數字電路設計的概念。

發明專利《一種數字電路自動設計與實驗仿真方法》，申請號：201310223744.5，是以數字電路實驗為基礎的一種可以根據邏輯表達式自動生成邏輯電路圖、并能夠進行電路設計仿真的方法。其也缺點是：1.學生在仿真時見不到真正的邏輯芯片，如74LS00,74LS138，74LS374等，初學者很難建立數字電路設計的概念。2.學生在實驗時，還是用傳統的連線方法。

發明專利《一種基于CPLD的數字電路實驗開發平臺》，申請號：201110122961.6，是一種用可編程邏輯器件CPLD方便實現數字電路實驗開發的裝置。其也缺點是：學生在實驗時見不到真正的邏輯芯片，如74LS00,74LS138，74LS374等，只是一種仿真的感覺，初學者很難建立數字電路設計的概念。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明公開了數字電路實驗裝置及實驗方法，使數字電路實驗真實、方便、快捷。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

數字電路實驗裝置，包括FPGA芯片，FPGA芯片與上位機通信相連，FPGA芯片的引腳與IC插座的引腳之間的連線由印刷電路板PCB布線實現，FPGA芯片與若干個IC插座相連，IC插座的電源和地分別連接對應的實驗箱供電的電源和地。

所述IC插座為連接74LS系列集成電路的插座。FPGA芯片放置在實驗箱內。

所述實驗裝置還包括開關電路及顯示電路，開關電路與FPGA芯片輸入端相連，顯示電路與FPGA芯片輸出端相連，開關電路及顯示電路用于模擬IC插座上的集成電路的輸入輸出狀態。

所述上位機將與開關電路及顯示電路相連的FPGA芯片的引腳及與集成電路相連的FPGA芯片的引腳設置相等。

所述開關電路與FPGA芯片的輸入端相連，集成電路的輸入端與FPGA芯片的輸出端相連，在上位機中將與開關電路相連的FPGA芯片的輸入端與對應的和集成電路的輸入端相連的FPGA芯片的輸出端相等。

所述顯示電路與FPGA芯片的輸出端相連，集成電路的輸出端與FPGA芯片的輸入端相連，在上位機中將與顯示電路相連FPGA芯片的輸出端與對應的和集成電路的輸出端相連FPGA芯片的輸入端相等。

所述IC插座為DIP24、DIP20、DIP16或DIP14。

所述FPGA芯片為Altera?CycloneII系列的EP2C70或Altera?Stratix系列的EP1S120等。

數字電路實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟：

步驟一：選擇引腳多的FPGA芯片，選擇需要實驗的集成電路及與之對應的IC插座；

步驟二：將FPGA芯片與給FPGA編程的上位機通信連接，將FPGA芯片的引腳與IC插座的引腳之間的連線由印刷電路板PCB布線實現，IC插座的電源和地分別連接對應的實驗箱供電的電源和地；

步驟三：在IC插座插入對應的集成電路，在FPGA芯片的輸入端連接與所述集成電路的輸入端相對應的開關電路，在FPGA芯片的輸出端連接與所述集成電路的輸出端相對應的顯示電路；

步驟四：在上位機設置將與開關電路相連的FPGA芯片的輸入端與對應的和集成電路的輸入端相連的FPGA芯片的輸出端相等，將與顯示電路相連FPGA芯片的輸出端與對應的和集成電路的輸出端相連FPGA芯片的輸入端相等；