[發明專利]基于現場可編程門陣列的便攜式綜合電子實驗平臺

在審

• 申請號: 201410837788.1
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104504975A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 任艷頻;秦儉;李振剛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于現場可編程門陣列的便攜式綜合電子實驗平臺，包括FPGA硬件電路板，其特征在于還包括PC機、存儲在PC機中的基于LabVIEW的虛擬儀器應用程序及FPGA配置數據開發程序和存儲在FPGA硬件電路板配置芯片中的系統配置數據；所述FPGA硬件電路板包括FPGA芯片及其控制電路、FPGA配置芯片、USB通信模塊、信號轉換模塊、電源管理模塊和外設模塊。

2.如權利要求1所述的平臺，其特征在于，所述FPGA芯片內部集成了可編程輸入輸出單元、靜態隨機存儲器、可編程寄存器、可編程邏輯模塊、可編程連接線和鎖相環；其中，通過對鎖相環進行動態配置，產生高頻矩形波信號；可編程輸入輸出單元用于實現硬件電路板上的USB通信模塊和外設模塊與FPGA芯片的連接；SRAM用于保存配置數據，可編程邏輯模塊和可編程連接線根據配置數據的不同，工作在不同的狀態，從而實現不同的功能。

3.如權利要求1所述的平臺，其特征在于，所述FPGA芯片控制電路實現對FPGA芯片配置方式的控制，支持AS和JTAG配置模式；在AS模式下，FPGA芯片上電后，自動將FPGA配置芯片中的配置數據裝載到FPGA芯片的SRAM中，對FPGA芯片內部的硬件資源進行配置；在JTAG模式下，FPGA芯片上電后，將接收來自PC機的用戶配置數據，并把它寫入SRAM中，從而對FPGA芯片內部的資源進行配置；通過將FPGA芯片控制電路設置為AS模式，FPGA芯片上電后，將自動獲取保存在FPGA配置芯片中的系統配置數據，把它裝載到SRAM中；而在此后的任意時刻，如果FPGA控制電路檢測到有來自USB通信模塊的用戶配置數據，由于JTAG配置方式的優先級高于AS配置方式，FPGA芯片控制電路將會自動接收此用戶配置數據，并把它寫入SRAM，重新完成對FPGA芯片內部資源的配置；通過允許接收來自PC機的用戶配置數據，將FPGA芯片中的資源開放給用戶；用戶利用這些資源和FPGA硬件電路板上的外設模塊，開發和實現自己的功能，即把FPGA硬件電路板用作通用的FPGA開發板。

4.如權利要求1所述的平臺，其特征在于，所述的FPGA配置芯片用于存儲實現示波器和信號發生器功能的系統配置數據；系統配置數據和用戶配置數據均通過USB接口從PC機下載；系統配置數據采用JTAG間接配置(JIC)文件格式下載，FPGA芯片控制電路在接收到JIC格式的系統配置數據后，將自動把它們寫入到FPGA配置芯片中；用戶配置數據通過SRAM目標文件(SOF)格式下載，FPGA芯片控制電路在接收到SOF格式的用戶配置數據后，將直接寫入SRAM中。

5.如權利要求1所述的平臺，其特征在于，所述FPGA硬件電路板上的USB通信模塊實現FPGA硬件電路板和PC機之間的數據交換，USB通信模塊提供兩個USB接口，其中一個接口用于從PC機下載FPGA配置數據，系統配置數據和用戶配置數據都通過該接口下載；另外一個接口用于在PC機基于LabVIEW的虛擬儀器應用程序和FPGA硬件電路板之間傳輸數據，這些數據包括信號發生器和示波器的設置參數、待測信號的采樣數據。

6.如權利要求1所述的平臺，其特征在于，所述的存儲在FPGA硬件電路板FPGA配置芯片中的系統配置數據給出利用FPGA芯片內部的可編程邏輯模塊資源實現虛擬儀器應用的各功能模塊，該功能模塊主要包括主控制器模塊、示波器模塊和信號發生器模塊這三個組成部分；其中主控制器模塊負責與USB通信模塊進行數據交換，并控制示波器模塊進行信號采集，控制信號發生器模塊完成波形產生功能；示波器模塊是用于接收來自主控制器模塊的參數，控制ADC芯片和PGA芯片的工作，通過對PGA芯片參數的自動配置，實現對大小輸入信號的自適應測試，同時將采樣數據通過主控制器模塊從USB接口傳輸到PC機，在PC機上的虛擬儀器控制面板中進行顯示；所述信號發生器模塊是用于接收來自主控制模塊的波形頻率、幅度、偏置電平信息，然后生成與該波形相對應的數據，并將這些波形數據通過串行的方式輸入給DAC芯片，再通過DAC芯片及其外圍電路輸出波形。