[发明专利]一种计算机硬件系列课程的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机硬件系列课程的实验装置，属计算机教学实验仪器技术领域。

技术背景

目前国内的计算机硬件课程实验一部分呈现出实验平台分散化的特点，各个课程采用了各自独立的实验平台；而另一部分，虽然采用了统一的平台，但是相对来说，整体平台的集成水平稍差，只是原始实验器材的简单堆砌，没有很好的利用可编程器件，发挥其灵活性。

国外的部分高校，硬件课程集中，因而便于他们采用统一的实验平台。目前，很多高校已经采用了基于可编程器件的实验平台来完成实验，但是相对国内来说支持的实验个数和内容是远远达不到要求的。

发明内容

本发明的目的是设计一种计算机硬件系列课程的实验装置，在该实验装置上可以进行计算机系列硬件课程的实验。

本发明提出的计算机硬件系列课程的实验装置包括实验芯片、控制芯片、下载芯片、存储器、手拨开关、指示灯、数码管、USB通信接口、串口、FLASH存储器以及各类实验用接口，其中：

(1)实验芯片，由实验者写入代码、进行实验；

(2)控制芯片，用于控制板上电路、提供对于实验芯片的实验支持和监测、以及对外发出监测内容。主要分为三个部分：

a)内存总线部分：发出内存总线的所有控制信号，

b)寄存器部分：监听实验芯片的寄存器信息等实验内容，

c)通信部分：对外发送消息；

(3)下载芯片，用于下载程序到实验芯片和控制芯片，同时负责时钟分频以及控制芯片对USB接口的通信中转；

(4)存储器，用于存储相关实验测试程序以及数据；

(5)手拨开关，用于向数据总线拨入数据；

(6)指示灯，用于观察总线数据；

(7)数码管，用于观察总线数据监测实验输出；

(8)USB通信接口，用于同控制程序通信；

(9)串口，用于通信；

(10)FLASH存储器，存储供下载芯片存储需录入内容；

(11)各类实验用接口，用于辅助进行各种硬件实验；

上述控制芯片通过数据总线、地址线、内存读写线、寄存器传输线、数据三态控制和实验芯片相连，通过数据总线和数据三态控制线和手拨开关相连，通过数据总线、地址线以及数据三态控制线和存储器相连，通过数据总线和地址线和指示灯以及数码管相连；上述实验芯片通过数据总线以及地址线和存储器、指示灯以及数码管相连，通过数据总线和手拨开关相连，直接与各类实验接口相连；上述串口与控制芯片相连；上述下载芯片通过JTAG线与实验芯片和控制芯片相连，和FLASH存储器直接相连，和控制芯片的通信部分直接相连，和USB通信接口直接相连。

本发明提出的计算机硬件系列课程的实验装置，既满足验证性实验又满足了开放式和创新式的实验，在统一的硬件平台上实现了对于计算机硬件系列课程的实验的支持，使用者可以在本发明装置上进行各计算机硬件系列课程的实验。

附图说明

图1是本发明提出的计算机硬件系列课程的实验装置的结构框图。

图2是本发明装置控制芯片的内部模块运行自动机：图2(1)内存总线控制自动机；图2(2)寄存器监控自动机；图2(3)通信控制自动机。

图3是本发明实验装置的一个实施例的电路图：图3(1)控制FPGA；图3(2)实验FPGA；图3(3)映像下载控制；图3(4)USB通信接口；图3(5)指示灯；图3(6)RAM存储器；图3(7)数码管；图3(8)实验用接口；图3(9)音频接口；图3(10)手拨开关。

具体实施方式

本发明提出的计算机硬件系列课程的实验装置的结构框图如图1所示，包括实验芯片K9、控制芯片K10、下载芯片K3、存储器K7、手拨开关K8、指示灯K5、数码管K6、USB通信接口K2、串口K4、FLASH存储器K12以及各类实验用接口K11。其中：

(1)实验芯片K9，由实验者写入代码、进行实验；

(2)控制芯片K10，用于控制板上电路、提供对于实验芯片K9的实验支持和监测、以及对外发出监测内容。主要分为三个部分：

a)内存总线部分K10-1：发出内存总线的所有控制信号。

b)寄存器部分K10-2：监听实验芯片K9的实验内容。

c)通信部分K10-3：对外发送消息；

(3)下载芯片K3，用于下载程序到实验芯片K9和控制芯片K10，同时负责时钟分频以及控制芯片对USB接口K2的通信中转；

(4)存储器K7，用于存储相关实验测试程序以及数据；