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EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng):賦能電子設(shè)計(jì)和嵌入式開發(fā)

2024-07-16 06:36
引言
  隨著科技的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品的種類和功能日益豐富,從智能手機(jī)、平板電腦到智能家居、無(wú)人駕駛汽車等。這些產(chǎn)品背后的技術(shù)支持是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)和實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)(SOPC)技術(shù)。
EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
  一、EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
  1. 什么是EDA?
  EDA(Electronic Design Automation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)是一種利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程方法。它包括從方案設(shè)計(jì)、原理圖繪制、PCB布局、仿真到器件選型等一系列環(huán)節(jié),旨在提高電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。
  2. 什么是SOPC?
  SOPC(Real-Time Operating Complex,實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng))是一種在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)功能的技術(shù)。它允許開發(fā)者在一個(gè)芯片上集成多個(gè)處理器、外設(shè)和軟件模塊,實(shí)現(xiàn)高度集成的硬件和軟件解決方案。
  3. EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用
  EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將EDA和SOPC技術(shù)相結(jié)合,為電子設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)嵌入式開發(fā)提供了一個(gè)集成化、高效化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)這個(gè)平臺(tái),學(xué)生可以更直觀地了解電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程,掌握相關(guān)的理論知識(shí)和實(shí)踐技能。同時(shí),該系統(tǒng)還可以幫助教師進(jìn)行教學(xué)管理和評(píng)估,提高教學(xué)質(zhì)量。
  二、EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理與功能
  1. 原理
  EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基于EDA軟件(如Altium Designer、Cadence Allegro等)和SOPC芯片(如STM32、NXP i.MX系列等)構(gòu)建,采用跨平臺(tái)的開發(fā)環(huán)境,支持多種編程語(yǔ)言和開發(fā)工具。用戶可以在該系統(tǒng)中完成從電路設(shè)計(jì)方案到系統(tǒng)集成、調(diào)試和優(yōu)化的整個(gè)過(guò)程。
  2. 功能
  (1)電路設(shè)計(jì)與仿真:用戶可以在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中搭建電路原型,進(jìn)行原理圖繪制、元器件選擇和PCB布局等工作。同時(shí),還可以利用各種仿真工具對(duì)電路性能進(jìn)行分析和驗(yàn)證。
  (2)實(shí)時(shí)嵌入式開發(fā):實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)支持多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(如FreeRTOS、uCOS-II等),用戶可以在其上編寫實(shí)時(shí)應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制邏輯等功能。此外,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還提供了一系列針對(duì)SOPC芯片的驅(qū)動(dòng)程序和接口庫(kù),方便用戶進(jìn)行硬件操作和管理。
  (3)系統(tǒng)集成與調(diào)試:用戶可以將電路設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行系統(tǒng)集成和調(diào)試工作。通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的測(cè)試和優(yōu)化,確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
  三、EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展展望
  1. 應(yīng)用領(lǐng)域
  EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)教育、科研和工程開發(fā)等領(lǐng)域。例如,在電子信息類專業(yè)的教學(xué)中,教師可以利用該系統(tǒng)為學(xué)生提供豐富的實(shí)踐資源,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新精神;在科研機(jī)構(gòu)中,研究人員可以利用該系統(tǒng)開展前沿技術(shù)研究,推動(dòng)行業(yè)發(fā)展;在企業(yè)中,工程師可以利用該系統(tǒng)快速開發(fā)新產(chǎn)品,提高競(jìng)爭(zhēng)力。

DB-E803  EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
EDA/SOPC綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
(參考圖)
EDA/SOPC系統(tǒng)綜合開發(fā)平臺(tái)是一款基于Altera公司最新的CycloneIII/IV/V 系列 FPGA的高端實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)。獨(dú)有的GUI人機(jī)操作界面、采用系統(tǒng)底板+核心板+擴(kuò)展板的靈活設(shè)計(jì),并配備有多種擴(kuò)展模塊供用戶自行選擇配置。
開發(fā)平臺(tái)采用系統(tǒng)底板+核心板+擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)方法,通過(guò)選擇不同的核心板和擴(kuò)展板構(gòu)成不同功能的開發(fā)平臺(tái)。能最大限度的滿足用戶的性能需求。模塊化的設(shè)計(jì)能使用戶對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有清晰的認(rèn)識(shí)。
開發(fā)平臺(tái)硬件資源
 FPGA-4C10 FPGA核心板
 核心板采用6層高精度PCB設(shè)計(jì),系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠。
 主芯片采用Altera公司的CycloneIV系列級(jí)FPGA EP4CE10F17C8N,門電路高達(dá)100萬(wàn)門。
 FPGA配置芯片采用EPCS16,容量高達(dá)16M BIT,擦寫次數(shù)高達(dá)上萬(wàn)次。
 提供JTAG編程模式。
 核心板與系統(tǒng)板連接后,板載USB-Blaster電纜;只需要一根USB線就可以對(duì)核心板進(jìn)行程序下載。
 一路50M高速、穩(wěn)定的時(shí)鐘源。
 一路系統(tǒng)復(fù)位電路。
 系統(tǒng)電源管理模塊能夠提供+5V、+3.3V、+2.5V、1.2V等多種不同電壓的電源輸出供系統(tǒng)使用。
 一路16M*16BIT  SDRAM。
 系統(tǒng)提供四位帶LED燈的復(fù)位按鍵。
 核心板提供與核心板其它資源不復(fù)用的130個(gè)以上的IO供用戶二次開發(fā)使用。
 EDA/SOPC系統(tǒng)板
 標(biāo)配854*480 24位 TFT彩色串行LCD顯示。用戶可更換不同規(guī)格的顯示屏。
 與屏配套標(biāo)配電容觸摸屏。
 1個(gè)模擬信號(hào)發(fā)生器模塊,可提供頻率、幅度均可調(diào)的正弦波、三角波、方波等信號(hào)波形。
 1個(gè)數(shù)字時(shí)鐘輸出模塊,可提供24M至1HZ的數(shù)字脈沖信號(hào)。
 1個(gè)8位高速并行ADC接口模塊,速度高達(dá)40 Msps。
 1個(gè)8位高速并行DAC接口模塊速度高達(dá)33 Msps。
 1個(gè)串行A/D轉(zhuǎn)換接口。
 1個(gè)串行D/A轉(zhuǎn)換接口。
 1個(gè)VGA接口模塊。
 1個(gè)UART串行通迅模塊。
 1個(gè)USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備接口。
 1個(gè)Ethernet10M/100M高速接口模塊。
 1個(gè)SD卡接口模塊
 2個(gè)PS2接口模塊,可以接鍵盤或鼠標(biāo)。
 1個(gè)I2C接口的E2PROM,型號(hào)為AT24C08N。
 1個(gè)音頻CODEC模塊(喇叭、蜂鳴器可選擇,音量可調(diào)節(jié))。
 1個(gè)RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片,具有時(shí)鐘掉電保護(hù)、電池在線式充電功能。
 12個(gè)撥動(dòng)開關(guān)和12個(gè)按鍵開關(guān)輸入。
 12個(gè)發(fā)光LED顯示。
 1個(gè)八位七段碼管顯示模塊。
 2位靜態(tài)數(shù)碼管顯示模塊。
 16x16矩陣led點(diǎn)陣顯示模塊。
 4X4矩陣鍵輸入模塊
 1個(gè)電壓控制的直流電機(jī)和1個(gè)四相的步進(jìn)電機(jī)模塊。
 1個(gè)數(shù)字溫度傳感和1個(gè)霍爾傳感器模塊。
 HH—EXT高速接口模塊。
 多路電源輸出(均帶過(guò)流、過(guò)壓保護(hù))。
示例實(shí)驗(yàn)
EDA實(shí)驗(yàn)與電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

 簡(jiǎn)單的QUARTUSII實(shí)例設(shè)計(jì)
 格雷碼編碼器的設(shè)計(jì)
 含異步清零和使能的加法計(jì)數(shù)器
 八位七段數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)
 數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)
 圖形和語(yǔ)言混合輸入電路設(shè)計(jì)
 步長(zhǎng)可變的加減計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)
 四位并行乘法器的設(shè)計(jì)
 設(shè)計(jì)四位全加器
 可控脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)
 基本觸發(fā)器的設(shè)計(jì)
 矩陣鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì)
 16*16點(diǎn)陣顯示實(shí)驗(yàn)
 直流電機(jī)的測(cè)速實(shí)驗(yàn)
 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制
 交通燈實(shí)驗(yàn)
 DDS信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)
 電子音樂(lè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
 PLL鎖相環(huán)IP設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
 PS2接口鍵盤顯示實(shí)驗(yàn)
 VGA彩條信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)
 七人表決器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
 四人搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
 正負(fù)脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)
 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)
 多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)
 數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)
 出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)
 數(shù)碼鎖的設(shè)計(jì)
 PS2鼠標(biāo)編碼設(shè)計(jì)
 SPI串行AD/DA轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)
 1602液晶顯示實(shí)驗(yàn)
Qsys 32位處理器示例實(shí)驗(yàn)
 最簡(jiǎn)單Qsys系統(tǒng)設(shè)計(jì)
 PIO  IP核-流水燈實(shí)驗(yàn)
 SDRAM  IP核的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
 SPI  Flash編程實(shí)驗(yàn)
 PIO輸入-開關(guān)信號(hào)的讀取實(shí)驗(yàn)
 PIO  IP核-中斷
 基于Timer IP核的定時(shí)器的設(shè)計(jì)
 矩陣鍵盤與數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)
 UART串口通迅實(shí)驗(yàn)
 基于IIC的EEPROM讀寫實(shí)驗(yàn)
 SDRAM讀寫操作實(shí)驗(yàn)
 1602液晶顯示實(shí)驗(yàn)
 RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)
 串行AD/DA-SPI核
 信號(hào)發(fā)生器-SPI核
 1-WIRE數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)
 點(diǎn)陣字符顯示實(shí)驗(yàn)
 讀SD卡實(shí)驗(yàn)

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