[发明专利]基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台及应用方法

权利要求书

1.基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台，其特征在于包括管理服务器和若干实验箱、实训学生客户端；所述每个实验箱包括单片机、多个存储芯片、多个FPGA芯片、多个液晶模块、无线串口传输模块、实验箱编号设置开关；所述多个存储芯片、多个FPGA芯片、多个液晶模块、无线串口传输模块、实验箱编号设置开关和单片机之间经导线连接；所述管理服务器包括USB口转串口模块、无线串口传输模块；所述USB口转串口模块的串口与无线串口传输模块的串口经导线连接，USB口转串口模块的USB插口插入服务器的USB插座内；所述服务器和若干个试验箱之间经服务器无线串口传输模块、若干个试验箱内无线串口传输模块实现信息数据交互；所述实训学生客户端是实训学生的手机。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台，其特征在于，存储芯片是ATMEL公司256kbit串行电可擦的可编程只读存储器，FPGA型号是EP4CE6E22C8。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台，其特征在于，应用方法如下，首先根据传统实验芯片功能，平台编写出若干不同内容的FPGA程序，并将不同FPGA程序文件集中存放在管理服务器内，管理服务器可以集中管理若干实验箱的虚拟芯片；应用中需要更改实验箱的芯片型号时，将对应程序文件从管理服务器发送到试验箱内的存储芯片内；对应程序文件从管理服务器发送到试验箱内的存储芯片内后，试验箱内FPGA采用PS模式进行配置，PS模式下由单片机先从外部储存部件存储芯片读取配置数据，再把数据写人到FPGA中，实现对FPGA的在线编程，试验箱内FPGA芯片重新上电启动后将配置文件读取到随机存储器，使对应实验箱内FPGA具有相应数字芯片一样的功能，进而对应试验箱内FPGA实现虚拟数字芯片功能。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台应用方法，其特征在于，平台编写若干型号的FPGA程序中，使用Quartus II软件编写FPGA程序，根据实验芯片的功能配置FPGA的I/O引脚功能，编译形成rbf格式的文件，存储在服务器内；管理服务器软件选用微软.NET开发环境，使用C#语言开发，生成的软件直接安装即可使用，教师能在服务器上通过选择实训台芯片的功能，服务器能发送FPGA程序到实验箱，服务器能收集实训台使用信息。

5.根据权利要求3所述的基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台应用方法，其特征在于，应用中需要更改实验箱的芯片型号中，管理服务器可对指定实验箱授权并能更改虚拟芯片型号，被授权后学生也可以辅助使用手机自主更改虚拟芯片的型号，步骤如下，A：管理服务器安装IIS组件，使计算机有web服务功能并建立web网站；B:网站根目录下建立文本文件s.txt；C：手机无线连接局域网，浏览器地址栏输入管理服务器IP，登录web网站；D：浏览器上选择芯片型号并发命令到s.txt文件；E：服务器计算机检测s.txt文件的修改日期，判断出是否有手机命令，如果有且已经被服务器授权则发送FPGA配置文件到实验箱；F：重新启动一次实验箱即完成虚拟芯片更换。

6.根据权利要求3所述的基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台应用方法，其特征在于，单片机通过SPI总线方式读写存储芯片，FPGA采用PS配置模式时，其MSEL1～MSEL3引脚连接低电平，单片机的5个I/O端口与FPGA的DATA0、DCLK、nCONFIG、nSTATUS、CONF_DONE引脚经5根信号线分别连接在一起。

7.根据权利要求3所述的基于虚拟芯片和无线管理的数字电路实训平台应用方法，其特征在于，实验箱的每个FPGA配置16个I/O引脚，连接到虚拟芯片的接插件上，引脚之间通过K2线和香蕉插座进行连接，能模拟接口接插件并使用液晶显示模块显示其芯片型号，使虚拟芯片有放大的DIP16(直插16引脚)封装外观，显示模块的驱动芯片型号是SSD1306，每个FPGA配置2个I/O引脚模拟IIC接口读写液晶。