电子技术ISP实验平台使用说明书.docx

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电子技术ISP实验平台使用说明书

第一章电子技术/ISP实验平台简介------------------------------------------------------------------1

1．1概述-----------------------------------------------------------------------------------------------1

1．2实验装置特点----------------------------------------------------------------------------------1

1．3实验装置的结构组成和功能----------------------------------------------------------------3

1．4实验装置的安装配置-------------------------------------------------------------------------4

第二章电子技术/ISP实验平台各功能模块介绍---------------------------------------------------5

2．1电源保护电路----------------------------------------------------------------------------------5

2．2自锁紧集成电路扩展插座-------------------------------------------------------------------5

2．3十六进制拨码盘-------------------------------------------------------------------------------6

2．4分立电位器、电容和电感-------------------------------------------------------------------6

2．5LED指示灯显示-----------------------------------------------------------------------------6

2．6数字式电压表----------------------------------------------------------------------------------6

2．7脉冲发生器-------------------------------------------------------------------------------------6

2．8逻辑笔-------------------------------------------------------------------------------------------6

2．9七段数码管显示--------------------------------------------------------------------------------7

2．10矩阵键盘输入---------------------------------------------------------------------------------7

2．11拨动开关输入---------------------------------------------------------------------------------7

2．12组合面包板------------------------------------------------------------------------------------7

2．13系统时钟--------------------------------------------------------------------------------------7

2．14数字逻辑可编程模块-----------------------------------------------------------------------7

2．15模拟可编程模块-----------------------------------------------------------------------------8

第三章实验指导书配置说明--------------------------------------------------------------------------9

附录1XC95108-15PC84芯片引脚对照表--------------------------------------------------------10

附件2EPC13T144C8芯片引脚对照表------------------------------------------------------------13

附录3模拟可编程ispPAC系列芯片引脚对照表------------------------------------------------15

第一章电子技术/ISP实验平台简介

1.1概述

电子信息系列实验装置包含有“电子技术/ISP实验装置”、“计算机组成/ISP实验装置”、“微机系统与接口实验装置”及“单片机/综合电子设计实验装置”等。

该系列实验装置提供了集演示、验证和综合设计为一体的新一代教学实验平台，可以完成常用的实验项目。

此外，还可根据自己的需要灵活安排实验内容。

电子技术是大学本科计算机及电子信息类专业的一门重要技术基础课。

从课程的内容来看，它的工程性、技术性和实践性都很强。

本次开发的“电子技术/ISP实验装置”应用EDA技术和在系统编程技术开展实践教学，能够完成“计算机组成原理”、“计算机结构与逻辑设计”、“系统结构”、“在系统编程”、“VHDL设计”和“电子技术综合设计”等课程的实验，并可进行“专用集成电路设计”的验证。

“电子技术/ISP实验装置”在实践教学中，对提高学生的动手能力、提高学生对电子技术原理的理解、提高学生的电子技术综合设计能力都有很大帮助。

实验装置不但提供了极其丰富的功能单元电路等实验资源，而且还提供了在系统可编程的数字逻辑模块和模拟模块，使其具有高灵活的可搭接性和可重构性，能够完成具有复杂性和创造性的综合性实验，为学生进行二次开发实验提供良好环境。

1.2实验装置特点

该实验装置具有安全、稳定、可读、可调整、直观、灵活和新颖等特点，操作简单方便，装置运行可靠，具有很强的二次开发功能。

1、安全性

人员安全的保护：

不论实验装置在正常工作或故障状态下，不会危及操作维护人员的人身安全。

误操作的保护：

不会因为误操作而导致实验装置损坏。

电源的过流保护：

装置因短路等故障过流时，可自动切断电源。

电源的过欠压保护：

电源过压或欠压时，将自动切断实验装置电源。

2、可检测性

实验装置上加装自诊断模块时，在外接线配合下，可以完成对实验装置硬件的自诊断测试。

自诊断结果可以通过装置自身的显示器或其它方式显示出来。

自诊断结果中包含故障点信息、可能的故障情况和故障排除方法。

实验装置上加装信息采集模块时，可以将实验过程中表征实验过程的关键信息传送到计算机中，可以充分发挥计算机的辅助仿真分析功能，对实验结果进行分析。

3、直观性

实验装置功能模块的主要电气原理或特征将在面板或电路卡上指示，实验装置各功能引脚的符号标注在面板上。

4、灵活性

实验装置采用主板和各模块分离的设计，可编程器件焊接在独立模块上。

通过选择模块可以选择不同厂家、不同型号、不同规模的可编程器件，既可适应不同教学需要，也使系统的功能和规模扩展变得更为方便，为学生进行系统性二次开发提供了良好的硬件环境。

为了方便实验操作，减少对实验仪器仪表的依赖，实验装置主板上各部分功能模块（包括一些基本功能模块和实验小工具）几乎都是相互独立的，可以根据需要选择模块进行接线。

实验装置提供接线、扩展集成插座、面包板和部分必须的分立元件等，留有足够的接线机会，也给实验装置留有足够的机动灵活性。

5、新型性

实验装置提供了逻辑可编程实验平台和模拟可编程实验平台，其中逻辑可编程平台包括CPLD和FPGA模块，模拟可编程平台包括ispPAC模块。

不同模块使用不同的的芯片，根据需要可选择不同功能芯片的模块插接到实验主板上。

电子技术/ISP实验装置系统框图如图1-2-1所示：

图1-2-1电子技术/ISP实验装置系统框图

图中所有功能模块都留有可供连接的插孔，可被用于搭接或者跳线。

用箭头表示模块间直接相连。

诊断模块和信息采集模块以分离的电路板形式出现，在实验装置的主板上预留有其接口，即插即用。

1.3实验装置的结构组成和功能

一、实验系统主板配置如下表：

电源

输入电压：

220V

220V（±15％）50HZ

输出电压：

5V/3A

±12V/0.5A

+5V提供过压、欠压和过流保护

±12V为模拟电路功能模块电源

键盘

4×4矩阵键盘

矩阵式结构，组合按键

1组

开关量输入

乒乓开关

提供逻辑‘0’和‘1’状态输入

16只

十六进制8421拨码盘

提供0～9,A～F十六进制编码值

4只

开关量输

出并显示

发光二极管

红、黄、绿色三组各八只高亮度发光二极管，含电流驱动

24只

带译码驱动七段数码管

静态显示方式6位，动态显示方式1-6位均可，含电流驱动。

6只

不带译码驱动七段数码管

1只

系统时钟

有源晶振

4MHz/10MHZ可选标准时钟，可通过模块跳线器选择，向可编程器件的CLK1提供时钟。

1个

可编程脉冲序列发生器

由555振荡器和智能型单片机构成频率可调、脉冲数可设置的脉冲序列发生电路。

1个

单脉冲发生器

提供加消抖处理单个±脉冲输入

3组

测试仪表

逻辑笔电路

可测逻辑电平、高阻和脉冲状态。

1组

数字式电压表

3位半数字显示

测量范围：

-19.99V～+19.99V

1组

其它

集成电路扩展插座

可插入IC芯片或ispPAC模块

3只

模拟电路模块接入区

可接入各种模拟电路实验模块

分立电位器、电容和电感接插区

电位器：

1K、10K、47K、100K和100K

电容、电感、二极管、三极管等

若干

组合面包板

尺寸：

172mm×165mm×10mm二块宽条，三个窄条。

一套

整机尺寸

466mm×350mm

二、可编程逻辑模块配置如下表：

可编程器件

可编程逻辑芯片CPLD/FPGA

实验装置的核心部件，用户可以根据需要选择附录中所示的不同型号芯片的可编程模块

1块

编程接口

25针标准并口插座

通过标准并口连接线与计算机打印接口相连，实现可编程器件的下载配置

1个

下载电缆

标准并口线

两端皆为并口插头的扁平电缆

1根

系统时钟

10MHz时钟

有源晶振，使用时由模块跳线器选择，提供时钟信号到可编程芯片的CLK1端

1个

尺寸

105mm×122mm

三、可编程模拟模块配置如下表：

可编程器件

可编程模拟芯片ispPAC

实验装置的核心部件，用户可以根据需要选择附录中所示的不同型号芯片的可编程模块

一块

编程接口

25针标准并口插座

通过标准并口连接线与计算机打印接口相连，实现可编程器件的下载配置

1个

下载电缆

标准并口线

两端皆为并口插头的扁平电缆

一根

1.4实验装置的安装配置

1、电子技术/ISP实验箱一台（含电源）

2、交流电源线一根

3、在系统逻辑可编程模块一块（或多块选配）

4、在系统模拟可编程模块一块（多块选配）

5、并行下载电缆一根

6、电压表棒一支

7、实验指导书一套

8、集成电路芯片（选配）

9、实验导线若干根

10、模拟电路实验板样例一块（或多块选配）

※注：

选配的项目不在出厂配置中。

第二章电子技术/ISP实验平台各功能模块介绍

电子技术/ISP实验装置由多个相对独立又有机结合的模块构成。

这些模块既可以配合可编程器件模块使用，也可以脱离编程器件，通过灵活的连线结合在一起工作。

本章将逐一介绍各模块的工作原理和使用方法。

2.1电源保护电路

图2-1-1电源保护电路框图

电源保护电路主要由可控电源稳压器、电流采样与差动放大、电压监测和故障保持等几部分组成。

装置上由电流采样电阻R得到一小电压信号，经差动放大电路放大后送至比较器，实现过流保护。

调节相关的电位器可以调整比较器的门限电压，即可改变实验装置保护电流的设定值。

图2-1-1中，过、欠电压保护电路分别采用专用电压监测芯片实现，只要根据实际工作需要调节电位器Rw2和Rw1，即可确定实验装置的正常工作电压范围，一旦电压超出范围，则保护电路立即动作，切断实验装置的电源。

当实验装置接通220V交流电源时，“故障”和“电源”指示灯均亮，需首先按下“复位”键，电源电路开始供电，“电源”指示灯亮，“故障”指示灯灭。

如果工作中出现过流、过压或欠压等异常情况，电源保护电路动作，切断电源，“电源”指示灯灭，“故障”指示灯亮。

排除所有电路故障后，再次按下“复位”键，电源电路开始供电，否则电源电路将始终保持在切断电源的状态。

2.2自锁紧集成电路扩展插座

实验装置提供自锁紧扩展集成电路插座2只，可用于插接模块或其他芯片。

并且每个扩展集成插座的引脚由插孔引出，供连线或者插接模块使用。

每只插座都配有用于固定芯片和松开芯片的摇杆，避免安插芯片时出现接触不良，或者拔起芯片时弄断引脚的情况。

2.3十六进制拨码盘

十六进制拨码盘盘面中间有一可调旋钮，对应刻度为‘0’～‘9’、‘A’~‘F’。

使用时，拨动旋钮的指针指向某一刻度，则与拨码盘相连的8、4、2、1四个插孔依次由高到低地输出该刻度的十六进制编码值。

例如，当指针指向5时，四个插孔依次输出“0101”。

2.4分立电位器、电容和电感、二极管、三极管等

实验装置上还配有独立的电位器和电容、电感接入插孔。

电位器分别为1K、10K、47K、100K（2只）；电容、电感、二极管、三极管等插入脚用插孔引出，使用者可根据实验需要选取插入。

2.5LED指示灯显示

实验装置上设有黄、绿、红三组LED指示灯共24只，每组由8只高亮度发光二极管组成。

发光二极管的阴极经过74LS240驱动由插孔引出，使用者将高电平送入驱动器输入引脚时，则对应LED指示灯亮。

2.6数字式电压表

数字式电压表电路的功能是测量并显示被测信号相对地的电压值。

被测电压信号从插孔“电压输入”接入，经双向积分、比较和A/D转换后，直接驱动三位半数码管静态显示出来。

电压表的测量范围为-19.99～+19.99V，小数点位置固定在第二位数码管后面。

在测量范围内，第一位数码管显示被测信号的最高位和电压值的极性符号，负值显示“－”，正值不显示。

当电压输入值超出量程时，最高位显示1或者－1分别表示正值或负值溢出，而其它位无显示。

2.7脉冲发生器

1、可编程序列脉冲发生器

可编程序列脉冲发生器可以产生脉冲信号序列，脉冲的频率在1.5K～15K范围内可调，调节频率调节旋钮可以改变脉冲的频率，脉冲信号从插孔“PulseI/O”引出，该信号同时作为可编程序脉冲源。

在使用脉冲信号序列时，通过设置“脉冲设定”微动开关的状态，可以选择一次输出的脉冲数，一次输出的脉冲为1～15个。

“脉冲设定”微动开关设置的是四位二进制数，“ON”状态为“1”，“OFF”为“0”。

设置好“脉冲设定”微动开关后，按下“多脉冲”按键，即可从“脉冲输出”插孔一次输出所需的脉冲序列。

如果需要输出单一脉冲，每按一次“单脉冲”键，则从“脉冲输出”插孔输出一个单脉冲。

2、单脉冲发生器

板上提供具有消抖处理的正负单脉冲各三个，按AN按钮一次，同时产生一个正负单脉冲,由SP﹑/SP插孔引出。

2.8逻辑笔（逻辑状态显示）

逻辑笔可以测试逻辑状态并显示。

在测试逻辑状态前，需先选择被测试的电平，将“电平选择”开关拨到“TTL”或“CMOS”状态位置。

将需测试的逻辑信号接到“逻辑输入”插孔，如果逻辑信号为高电平，则“电平”指示灯亮；如果逻辑信号为低电平，则“电平”指示灯熄灭；如果逻辑信号为高阻状态，则“高阻”指示灯亮；如果逻辑信号状态在变化，则“脉冲”指示灯亮。

如果将“记忆”微动开关置于“ON”状态，逻辑信号状态发生变化后，“脉冲”指示灯将保持亮，此功能可用于测试捕捉单脉冲信号；若“记忆”微动开关置于“OFF”状态，“脉冲”指示灯跟随输入信号闪动。

按下“清除按键”时，可以将“脉冲”指示灯熄灭。

2.9七段数码管显示

实验装置上设有6位共阳极接法的含译码驱动的七段数码管LED1～LED6及1位独立的不含译码驱动的七段数码管LED，采用动静态兼容显示方式。

数码管的4位译码输入A～H均由插孔引出。

1位独立数码管LED的输入a～h和dp全部由插孔引出，用户可以自行选用共阴或共阳数码管。

2.10键盘矩阵输入

4×4键盘矩阵的行和列均由插孔引出，其中“ROW”表示行、“COL”表示列。

键盘可以采用行列反转法或行列扫描法实现对按键输入的识别。

如采用行列扫描法时，将行线接输出口，列线接到输入口，先将某一行输出为低电平，其它行输出为高电平，用输入口来查询列线上的电平，如果某列线上的值为0时，在行列交叉点有按键按下。

否则，接着在另一行输出低电平，再查询列线上的电平状态。

按此方法逐行找下去，直到扫描完全部的行和列。

2．11拨动开关输入

实验装置的右下方设有16个拨动开关K1～K16，每个开关的输出状态及它的反极性输出均由插孔引出。

开关向上拨动，正极性插孔输出为高电平且状态为“1”，它的反极性插孔输出低电平且状态为“0”；开关向下拨动，正极性插孔输出为低电平且状态为“0”，它的反极性插孔输出高电平且状态为“1”。

2．12组合面包板

为了给用户更多的动手操作空间，实验装置中下部设有一组合面包板，使用者可根据个人需要，选择实验装置中配备的一些固定基本功能模块或实验板外其它元件，自行接线。

2.13系统时钟

实验装置采用4MHz/10MHZ有源晶振产生时钟信号，可选作可编程器件模块的时钟信号输入。

2.14逻辑可编程模块

逻辑可编程模块是电子技术/ISP实验装置的核心，通过“下载板接口”插接到主板上。

逻辑可编程模块通过标准25芯并行接口线将PC机与模块连接起来，经过驱动电路，以一定的传输方向和时序对可编程器件芯片进行配置。

可编程器件所有可供使用的I/O引脚均连至模块的48针插座，并在连接线中串有保护电阻，以防止误操作时损坏芯片。

实验装置主板通过48针插座向模块供电。

模块的下层焊有高频滤波电容，可提高编程器件运行的稳定性。

模块单独提供了一个频率为10MHz的时钟，接至跳线器。

当跳线器的短路块将“实验板时钟（下端）”短接时，模块上的时钟信号接入可编程器件的CLK1引脚；而当跳线器短路块将“实验板时钟（上端）”短接时，实验板上的时钟信号接入可编程器件的CLK1引脚。

“电子技术/ISP实验装置”实验主板可以与多种类型的逻辑可编程模块连接使用，不同模块使用不同的可编程芯片，如Xilinx公司SpartanII系列和9500系列，Altera公司Flex10和MAX7000系列以及Cyclone的EP1C系列等。

模块上可编程器件的I/O端子与实验板上各功能模块的连接关系随着可编程器件的不同而有所差异，可参见附件中各模块的芯片引脚对照表。

2.15模拟可编程模块

在系统模拟可编程模块也是电子技术/ISP实验装置的核心，通过“下载板接口”插接到主板上。

在系统模拟可编程ispPAC系列器件必须通过开发软件PAC-Designer在PC上设计、修改模拟电路原理图，并进行仿真，最后用标准25芯并行接口线将PC机与模块连接起来，经过驱动电路，下载到器件中。

可编程器件所有可供使用的引脚均连至模块的两排插座上，由插座连到主板上后再由插孔引出（引出插孔明细见附录）。

“电子技术/ISP实验装置”实验主板可以与多种类型的模拟可编程模块连接使用，不同模块使用不同的可编程芯片。

模块上ispPAC器件的引脚与插座的连接关系随着可编程器件的不同而有所差异，可参见附件中各模块的芯片引脚与插孔之间的对照表。

2.16模拟电路单元实验模块

模拟电路单元实验模块由分立元件构成，可以做各种单元电路实验，如单级放大电路、二级放大电路、差动放大电路、运算放大器、功率放大电路等。

第三章实验指导书配置说明

一、数字电路部分实验指导

数字电路综合设计部分实验指导书为本系统专配，由东南大学电工电子实验中心编写。

通用数字电路部分可自行选择。

二、模拟电路部分实验指导

模拟电路部分实验指导书采用东南大学出版社出版的标准实验教材。

三、可编程模拟电路部分实验指导

可编程模拟电路部分实验指导书为本系统专配，由东南大学电工电子实验中心编写。

附件1：

XC95108-15PC84C芯片引脚对照表

实验板标注

芯片引脚号

芯片功能

模块接插件

I/O1

J51_11

I/O2

J51_12

I/O3

J51_13

I/O4

J51_14

I/O5

J51_15

I/O6

J51_16

I/O7

J51_17

I/O8

J51_18

I/O9

J51_19

P10

I/O10

J51_20

P11

I/O11

J51_21

P12

I/O12

J51_22

P13

I/O13

J51_23

P14

I/O14

J51_24

P15

I/O15

J51_25

P16

I/O16

J51_26

P17

I/O17

J51_27

P18

I/O18

J51_28

P19

I/O19

J51_29

P20

I/O20

J51_30

P21

I/O21

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I/O22

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P23

I/O23

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P24

I/O24

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P25

I/O25

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I/O26

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I/O27

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P30

I/O30

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I/O31

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I/O32

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I/O33

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I/O34

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P35

I/O35

J51_45

P36

I/O36

J52_45

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I/O37

J52_44

P38

I/O38

J52_43

P39

I/O39

J52_42

P40

I/O40

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