[发明专利]一种片上数字电子技术实验系统

说明书

本发明公开了一种片上数字电子技术实验系统，该系统针对高校的数字电路实验教学中，频繁的芯片插拔连线，导致芯片损耗大，学生实验效率低下，同时由于芯片资源有限，实验项目固定，缺乏灵活性的问题提出片上数字电子技术实验系统，该系统没有外部连接线，无需频繁插拔逻辑门电路，体积小成本低，实验效率高，灵活。只需要通过完善用户库，即可高效的进行各种综合性的数字电路设计实验，扩展后还可以进行单片机实验和EDA实验。各个扩展模块间可以级联，实现复杂数字电路的实验设计。系统集成度高，所有数字电路设计都在一片可编程逻辑器件中实现，可谓片上数字电路实验系统。

技术领域

本发明涉及数字电路实验技术领域，特别涉及一种片上数字电子技术实验系统。

背景技术

在高校的教学中，数字电子技术实验是电子信息类、通信类、计算机类专业的一门重要的专业技术基础课，也是工程实践性很强的专业基础课。开设数字电路实验主要是让学生熟悉数字电子技术实验方法，培养学生分析、设计、组装和调试的能力。为将来的单片机、EDA、电子系统设计等课程打下基础。

目前，高校的教学中采用虚拟软件Proteus仿真和实验箱来进行数字电路实验。一方面，虚拟软件Proteus仿真抽象且远离工程实践。另一方面，实验箱基于TTL或者COMS基本逻辑门电路在通用DIP封装IC插座插入不同芯片实现数字电路设计，针对不同的实验要备用大量的门电路芯片，频繁的芯片插拔连线，导致芯片损耗大，学生实验效率低下；同时由于芯片资源有限，实验项目固定，缺乏灵活性，不利于各专业实验教学的特色开展，无法完成综合性实验，不能发挥学生学习的主动性和独创性。

随着电子集成技术的发展，基于FPGA的数字综合实验平台的设计与开发开始面向高校教学，但是其具有很高的复杂度，更适合EDA专业课实验，并不适合专业基础课得数字电路实验课程。因此，缺少一种软硬件结合、适合高校数字电路基础实验课程的开发平台供初学电路的学生学习。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种软硬件结合且适合高校数字电路基础实验课程的开发平台以供初学电路的学生学习的片上数字电子技术实验系统。

为此，本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种片上数字电子技术实验系统，由作为第一级实验平台的原理图开发平台、作为第二级实验平台的仿真平台和作为第三级实验平台的可重配置硬件平台组成的；原理图开发平台包括分别嵌入原理图开发平台的原理图设计单元、系统库、用户库、综合工具、配置文件和网表文件；仿真平台包括分别嵌入仿真平台的功能仿真单元和时序仿真单元；可重配置硬件平台包括分别嵌入可重配置硬件平台的JTAG配置电路、数据存储单元、MCU、可重配置数字芯片和外围电路。

进一步地，第一级实验平台、第二级实验平台和第三级实验平台为依次由顶层向下设置，第一级实验平台基于原理图开发平台进行系统原理图设计，第二级实验平台基于第一级实验平台生成的网表文件进行电路功能仿真和时序仿真，电路功能仿真和时序仿真无误后，第三级实验平台基于可重配置硬件平台进行数字电路硬件实现。

更进一步地，所述系统库包含系统自带元器件模型，用户库包含用户开发的元器件模型，用于给原理图设计单元提供所需元器件进行图形化电路设计和开发。

更进一步地，所述仿真平台先由功能仿真单元进行功能仿真，功能仿真无误后由时序仿真单元进行时序仿真，所述功能仿真单元只验证数字电路的逻辑功能是否正确，不含有信号延时信息；所述时序仿真单元验证电路逻辑功能是否正确，同时含有信号的延时信息。

更进一步地，所述数据存储单元为用于存储综合工具产生的配置文件的USB闪存盘。

更进一步地，可重配置硬件平台基于可编程逻辑器件实现，可编程逻辑器件为Altera Cyclone II系列的EP2C8Q208C8。