目前,大多数高校所采用的单片机课程实验平台主要有两类。(1)Proteus虚拟仿真平台:该平台可以让学生克服实验设备硬件在空间和时间上对学生学习单片机技术产生的束缚[1],自主的进行实验,但学生无法接触真正的硬件。(2)单片机实验装置:实验装置上已经将单片机芯片及各种接口扩展电路全部固定,学生实验时仅需理解电路原理图,进行部件间的少量连线,学生缺乏深层次的电路原理设计。
随着FPGA等可编程逻辑器件的飞速发展,集成度越来越高,成为嵌入式领域硬件系统原型设计和产品研发的首选[2]。为了充分训练学生软硬件协同设计能力,本文利用FPGA器件具有片内逻辑资源丰富、扩展性强和编程灵活等特点,开发了基于FPGA的单片机实验平台。此实验平台既有固定的外围电路[3],又可让学生自行设计和扩展新的功能模块,从而满足单片机课程实验教学、电子竞赛和大学生科技创新活动等要求。
1 基于FPGA的微机系列实验平台
2 基于FPGA平台的单片机实验教学实例
3 结束语
本文所设计的实验平台在常州大学电子信息类专业单片机课程实验教学中进行了应用测试。近两年来的实践表明,相比原有的单片机实验箱,基于FPGA的实验平台更有效地训练了学生的单片机软硬件设计能力,且对学生知识的综合应用能力和创新能力的培养起了较大的促进作用。实验平台的应用还提升了学生参加电子设计竞赛竞争力,许多学生愿意综合使用FPGA与单片机完成竞赛作品。
文中所构建的实验平台是基于满足单片机课程实验创新改革的需要出发,但可较好的推广应用到其他微机系列课程实验。由于IP核技术的应用,可以在单一FPGA器件上构建及运行8051软核、8086软核及嵌入式处理器软核,再针对诸如微机原理与接口技术、计算机组成原理等其他课程实验内容进行统一和综合,设计可复用的公共外围模块。从而可在基于FPGA的实验平台上开展不同课程实验教学。
参考文献
[1] 李翠梅,黄乐,黄晓康. Proteus平台下的单片机课程教学改革[J].中国电子商务,2014(20):132,134.
[2] 张惠臻,谢维波,钟必能.基于FPGA可编程平台的计算机硬件实验教学[J].计算机教育,2014(11):32-35.
[3] 郑恭明.FPGA创新实验平台的设计与应用[J].实验技术与管理,2012,29(11):113-114,129.
[4] 王瑞,游志宇,杜杨,等.MC8051单片机IP核的FPGA实现与应用[J].电子设计工程,2009,17(1):57-60,63.
[5] 唐续,赵芳斌,王嘉. EDA与单片机及SOPC一体化实验教学平台研制[J].实验技术管理,2013,30(1):73-77.
万军 雪永 州大学城市轨道交通学院 常州大学怀德学院 |