基于CPLD 数字电子技术实验平台的设计与实现.pdf

第21卷第4期宁波大学学报（理工版）Vol.21No.4
2008年12月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)Dec.2008

文章编号:1001-5132（2008）04-0505-05

基于CPLD数字电子技术实验平台的设计与实现

文雯，李宏

（宁波大学信息科学与工程学院，浙江宁波315211）

摘要：以ALTERA公司CPLD器件MAXIIEPM1270为系统核心，构建了一种将数字电路实验
和系统可编程实验集于一身的综合实验平台.平台能提供4种不同电路结构的工作模式，既可以
在可编程逻辑器件FPGA/CPLD上完成EDA实验，又提供给学生自由发挥的自助实验区；还配
有DDS函数信号发生器、等精度频率计、逻辑笔、脉冲信号源等模块，可完成小至一般数电实
验大至数字系统的设计.实际使用效果表明：该实验平台较好地满足了数字电子类实验课程需
要，在提高学生对课程理解和应用方面有着积极作用.
关键词：数字电子技术；在系统可编程；CPLD；多模式配置
中图分类号：TP302文献标识码：A

随着科学技术的发展，尤其是微电子技术和计完成可编程实验，且内部的连线已被固定，电路结
算机技术取得的重大进展，数字逻辑器件已由中、构无法变化，导致用户无法根据自己需要来改变连
小规模的集成电路发展到大规模和超大规模可编线结构，只能完成一些固定实验项目，极大地限制
程逻辑器件(PLD).现代数字电子技术的主要教学了实验项目数量，难于适应多种需求的开发设计[4].
内容也逐步向中大规模、超大规模集成电路和可编这些都无疑极大地限制了学生的想象力、主观能动
程器件转移，教学中普遍增加硬件描述语言(HDL)，性和创新思维的发挥.
设计方法也从传统的手工设计转向用EDA工具进本文所设计的综合实验平台将传统数字电路
行设计[1,2].实验和系统可编程实验集于一身，具有多种工作模
教学内容的改革迫切要求有与之配合的实验式，独创性地配制让学生自由发挥的自助实验区，
设备，但目前市场上主流的实验设备依然停留在传还配有DDS函数信号发生器、等精度频率计、逻
统的小规模通用集成电路与连线相结合的方式，设辑笔、脉冲信号源等模块，可完成小至一般数电实
计中只能采用手工方法，使用分立器件、小规模集验大至数字系统的设计.适应了当前数字电路从
成电路及其组成的各种功能电路来完成实验，无法集成器件向在系统可编程器件发展的趋势，与同类
满足现代电子技术教学和学生实践能力培养的需实验平台相比，具有功能强大、面对对象广、实验
要[3].市场上也有纯粹的EDA技术实验箱，但只能内容新颖、实验设计灵活实用等特点，对提高学生

收稿日期：2008-03-06.宁波大学学报（理工版）网址：http://3xb.nbu.edu.cn
基金项目：宁波大学实验技术开发项目（syjs-2006005）.
第一作者：文雯（1983－），女，广西桂林人，在读硕士研究生，主要研究方向：可编程器件的应用.E-mail:[e-mail]

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的动手能力，创新能力有很大的帮助.电路、逻辑电平测试电路以及脉冲信号源产生电路
等其他电路资源.
1总体设计方案
2具体设计及实现技术
实验平台设计上充分考虑实验教学需求.为
使实验平台既支持在系统可编程实验，又能完成数根据上述设计方案，系统整体功能由CPLD控
电实验，创新性地采用可编程实验区结合自助实验制外围电路实现，根据用户模式设置，改变按键、
区结构方式，将可编程实验与传统实验紧密结合.LED、数码管与可编程核心板、自助实验区等的连
可编程实验区以可编程核心板为设计主体，可完成线方式，控制A/D、D/A转换电路，构成多模式系
各类EDA实验.自助实验区设有各类IC插座、电统.同时，CPLD与DDS芯片和数字电位器通信实
阻电容，还有8位与可编程实验区复用逻辑电平输现函数信号器，以等精度测量方式实现频率计，配
入、输出端口，可完成中小规模IC的相关实验，合逻辑电平比较电路实现逻辑笔.2路32种频率的
也可与可编程实验区互连完成综合设计性实验.脉冲信号源也由CPLD对时钟源分频得到.
为向用户提供更丰富的电路资源，完成尽可能2.1系统的多模式技术
多的实验项目，平台利用多模式技术“分时复用”多模式是实验平台关键技术，它是指实验平台
系统资源，在不同模式下对用户呈现不同的电路结从物理结构上看电路结构是固定的，但内部的信息
构.为适用更多类型的可编程器件，方便设备维修流在主控制器MAXIIEPM1270控制下，对用户呈
管理，将实验主板和可编程核心板独立设计，并将现不同的电路结构，该功能由CPLD内部3个用
下载电路设计在核心板上.为减少额外仪器使用，VHDL描述的模块实现，整