[发明专利]一种FPGA实验板

说明书

本发明提供一种FPGA实验板，涉及FPGA教学实验技术领域。其中，FPGA实验板包括FPGA核心模块和与其连接的彩灯模块、数码管模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、开关模块、LED显示模块、键盘模块和电源管理模块。从而，本发明提供的FPGA实验板具有造价低廉，方便携带，散热迅速，功能简单易懂，实验内容与课堂教学内容相匹配，便于初学者理解FPGA数字系统设计的知识理念，有利于初学者日常使用和掌握等有益技术效果。此外，本申请的光电检测模块包括光电对管传感器和电压比较器，电压比较器增加后，可以将光电对管传感器检测到的信号进行放大，从而提升实验效果，避免检测结果不稳定的情况发生。

技术领域

本发明涉及FPGA教学实验技术领域，尤其涉及一种FPGA实验板。

背景技术

国内高校陆续开展了硬件描述语言、数字系统设计等课程，并配套可编程逻辑器件实验。目前工程上采用FPGA作为数字电路实现的主要手段，所以开展与FPGA相关的课程教学实验十分重要。

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA作为专用继承电路领域中的一种半定制电路，既解决了定制电路功能单一的问题、又克服了通用处理器计算效率低下的问题。

现有的与FPGA相关的实验设备为FPGA实验箱，但FPGA实验箱存在造价高昂、功能繁杂、不易携带，过于专业化、造成资源浪费、且实验内容与课堂教学存在一定偏差、不利于初学者理解FPGA数字系统设计的知识理念、很难融入初学者日常使用等缺点。

此外，现有的FPGA实验箱通常不具有光电检测模块，并且现有的光电检测模块仅包括光敏元件，当信号较弱时，容易出现检测结果不稳定的情况。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种FPGA实验板，以解决现有的FPGA实验箱存在造价高昂、实验内容与课堂教学存在一定偏差等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请提供了一种FPGA实验板，FPGA实验板包括FPGA核心模块和与其连接的彩灯模块、数码管模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、开关模块、LED显示模块、键盘模块和电源管理模块。

进一步地，FPGA核心模块包括FPGA芯片和核心电路，FPGA芯片具有IO端口、电源端口、地面端口和JTAG端口，多个IO端口用于与彩灯模块、数码管模块、交通灯控制模块、光电检测模块、风扇模块、温度采集模块、声音模块、LED显示模块、键盘模块连接；电源端口用于与电源管理模块连接；地面端口用于接地；JTAG端口用于与PC端连接加载程序；核心电路包括存储电路、晶振电路和核心电源转换电路，核心电源转换电路设置在FPGA芯片的电源端口和电源管理模块之间；存储电路与FPGA芯片连接，晶振电路与FPGA芯片连接。

进一步地，光电检测模块包括光电对管传感器和电压比较器；光电对管传感器包括相对设置的发光管和感光管；电压比较器包括运算放大器和滑动变阻器；运算放大器的IN1+引脚与光电对管传感器连接，运算放大器的IN1-引脚与滑动变阻器的第二引脚连接，滑动变阻器的第三引脚通过一个电阻与电源管理模块连接，滑动变阻器的第一引脚接地；运算放大器的第一引脚通过一个电阻与FPGA芯片的IO端口连接；运算放大器的第十一引脚接地；运算放大器的第四引脚与电源管理模块提供的5v电源连接。

进一步地，彩灯模块包括多个彩灯、多个NPN型三极管和多个电阻；每个NPN型三极管的基极通过一个电阻与FPGA芯片的IO端口连接；每个NPN型三极管的集电极与一个彩灯的第一端连接；彩灯的第二端通过一个电阻与电源管理模块提供的12v电源连接；NPN型三极管的发射极接地。