CH10实验平台LP-2900简介.ppt

第十章實驗平台實驗平台LP-2900LP-2900簡介簡介10-1 LP-2900簡介 10-2 功能特色與創新性 10-3 CPLD晶片板與I/O實驗板的連接 10-4 系統架構與電路圖 1第十章LP-2900LP-2900簡介簡介 10-110-1LP-2900是以Altera EPF10K10TC144-4 CPLD晶片為核心所設計出來多功能邏輯電路設計實驗平台本實驗平台共分CPLD晶片板、I/O元件實驗板、PC印表機下載界面電路與電源等四部分 2第十章一、CPLD晶片板 在LP-2900的中央部份有一CPLD晶片板，在CPLD晶片板上，有一顆Altera 10K系列晶片、一個EPROM晶片插座、一個重置按鏈（RESET）與腳位狀態顯示LED（表面黏著元件SMT）等四部份Altera EPF10K10TC144-4 CPLD晶片提供不斷電重新下載規劃新電路的特性與便利EPROM晶片插座插上燒錄「組成資料」（configuration data）EPROM晶體，提供另一種規劃EPF10K10TC 144-4 CPLD晶片的方法 3第十章重置按鍵（RESET）可讓10K晶片脫離使用者模式（user mode）進入命令模式（comm.mode）。

進行電路組成與重置後，再度進入使用者模式工作本書所介紹的下載規劃方式，會讓10k晶片自動脫離使用者模式，進入命令模式進行電路組成與重置後，再度進入使用者模式工作所以下載前無需按下重置按鍵本系統的獨創特色是在EPF10K10TC144-4 CPLD晶片上所有的I/O腳位都有一個相對應的腳位狀態顯示器（SMT LED）所謂腳位狀態顯示器就是表面黏著元件LED，能隨時顯示各腳位的Hi/Lo狀態，從腳位狀態顯示器我們可以很方便的偵測電路，用以判斷哪裡出錯 4第十章二、I/O元件實驗板 在CPLD晶片板下方的大塊電路板，就是I/O元件實驗板這個板子上共有12種I/O元件，分別是：(1)4組紅黃綠色LED；(2)6個共陰極七段顯示器；(3)一個警報器；(4)兩個電子骰子；(5)一個時脈電路；(6)3組8位元資料開關；(7)4個脈波按鍵；(8)一個常用4x3鍵盤；(9)一塊8x8點矩陣LED顯示器；(10)一個液晶顯示器；(11)A/D&D/A電路模組；及(12)8051單晶片模組幾乎完全囊括所有數位邏輯電路中常用的I/O元件足以提供完整的學習環境 5第十章三、PC印表機下載界面電路 提供從PC印表機並列port下載「組成資料」，規劃10K 晶片的方便途徑。

無需進行拆機安裝界面的瑣碎工作 我們只需插上印表機排線就可以進行下載「組成資料」 了 四、電源部份 AC90V～260V，50Hz，DC5V，2A輸入，提供全部電路 使用的電源並具有短路保護措施6第十章五、LP-2900邏輯設計實驗平台的安裝 LP-2900的安裝步驟相當簡單，僅需： 1.將電源線插上110V電源插座； 2.將印表機下載排線，一端插上裝有MAX+PLUS II 的PC印表機 並列port，另一端則插至LP-2900CPLD 邏輯設計實驗平台的 並列port安裝就算完成了 7第十章10-210-2功能特色與創新性功能特色與創新性 LP-2900數位電路發展系統在產品的創新性方面是極具貢獻的 首先LP-2900數位電路發展系統將CPLD教學整合為一完整之系統，破除已往單板式教學（單板教學常因設備不足，許多實驗無法進行），帶領CPLD進入整體教學之新紀元並且首創在CPLD的I/O腳位上打入SMT LED（腳位狀態顯示器），使得已往不易觀察的接腳位置，現在卻變得輕鬆容易同時也將CPLD晶片板與I/O實驗板採取可分離設計，除了更換晶片板方便迅速外也同時降低了維修成本除此之外更將可能在數位電路系統設計上使用到的I/O元件全部包含進來，以節省學習時間。

其特色有： 8第十章1.安裝簡便、收藏容易2.面板清晰，操作簡單；3.CPLD晶片板上的EPF10K10TC144-4 CPLD晶片提供不斷重新下載規劃新電路的彈性與便利同時，EPF10K10TC144-4晶片提供一個從非常小的電路到相當大的電路都可適用的彈性4.表面黏著的LED腳位狀態顯示，隨時顯示CPLD上各I/O腳位的狀態，方便電路實作與偵錯5.I/O元件實驗板幾乎完全囊括所有數位邏輯電路中常用的I/O元件足以提供完整的學習環境9第十章6.與MAX+PLUS II搭配，提供數位電路的設計、模擬與驗證的整 合環境這種整合環境不只能順暢學校的數位邏輯設計、數位電路設計、數位系統設計與VHDL數位設計教學亦是研發部 們開發電路的優良環境7.本機附有「CPLD數位系統電路設計」一書，採逐步圖例引導式編寫，由淺入深，範例眾多，說明詳實與附書搭配，建立邏輯設計教學與實習混合進行,理論與現象立即驗證的全新教學模式8.可完成8051與CPLD的混合電路實習9.適用WIN95/98/2000/NT等作業系統 10第十章如圖10-1所示為力浦電子公司之LP-2900數位電路發展系統 圖10.1 LP-2900數位 電路發展系統 11第十章我們將此LP-2900數位電路發展系統分成12部份，分別討論如下： 一、CPLD晶片版 圖10.2 CPLD晶片板 12第十章1. 採用EPF10K10TC144-4之LPLD，I/O接腳高達129支，有720個暫存器，足夠一般邏輯電路教學的使用，而且CPLD是採用可更換式，可依實驗所要而安裝更換不同廠牌及不同規格之CPLD，增加本設備的擴充性及性。

2. 每一I/O PIN接腳都採用SMT LED腳位判斷一清二楚有助於實驗的進行， 同時這種邏輯狀態顯示器亦是首創 13第十章二、I/O元件實驗板 圖10.3 資訊開關 14第十章1.具有8個雙刀雙擲帶燈開關，按鍵大，壓按容易，另有 16個DIP SW，足夠實驗需要，帶燈開關有什麼好處呢？學過數位設計的人都知道，我們都以燈號的亮和不亮代表1或 0（Hi or Low）我們採用這種開關設計是為了節省判斷時間，同時又增加準確度，雖然只是小小的一種改變，對使用者來說卻是增加許多的便利，而LP-2900在許多小地方都展現了這種體貼的人性化的設計2.LP-2900總共有26顆LED分成2組，一是有4組紅黃線LED組成，並且標示N.E.W.S.，容易做實驗，另一組是以7顆LED做成的電動骰子，共有兩組，除了增加實驗之趣味性且又易 於辦識15第十章圖10.4 4組紅黃線 LED組成之 顯示器 圖10.5 2組LED組成之 電動骰子 16第十章3.所有零件全部加以隱藏，而不外露，少了人為碰壞，所 以造成實驗不穩 定的困 擾大為降低了LP-2900 也全部 採用SOCKET，一樣具有維修方便的特質4. LP-2900具有一個3x4鍵盤裝置，可直接在上面鍵入資料並 可做鍵盤掃描的實驗。

圖10.6 3x4鍵盤 17第十章5. 蜂鳴器LP-2900具有一個蜂鳴器，可順利完成需要有輸出聲音的實驗，本設備之設計考量是儘可能把要用的I/O元件包含進來，節省找材料、零件的時間 圖10.7 蜂鳴器 18第十章6.七段顯示器我們知道在做數位電路設計實驗時，最怕顯示器不夠用，無法顯示我們所需要的位數，LP-2900採用兩組3位數之七段顯示器，足夠一般實驗需要像一個6位數的電子鐘電路就可以輕易的完成 19第十章7.16x2 LCD顯示模組 為什麼要有LCD顯示模組？一般而言，當我們在做移位暫存器的實驗時，需要把信號資料做左移或右移，有了LCD顯示模組就可以輕易的完成實驗，當然這只是基礎實驗，我們也可以做像廣告燈、活動字幕等的應用實驗此部份（LCD顯示模組）若配合8x8點矩陣顯示器實驗，則更可達實驗效果 圖10.9 16x2LC D顯示模 組 20第十章8.CLOCK時脈產生器 LP-2900提供了從1Hz到10MHz的CLOCK產生器，以滿足在數位系統設計上不同的需要值得一提的是本電路在8個頻率波段都附加一個橘色LED以清楚顯示頻率範圍，同時放棄一般所採用的V.R.旋鈕開關，而使用兩個上下數的按鍵開關，分別控制頻率的上升與下降，這樣做的好處是可以減少錯誤的發生。

圖10.10 時脈產生器 21第十章9.8x8點矩陣顯示器 8x8點矩陣雙色LED顯示器主要的目的在於提供本設備在數位系統設計上更大、更寬、更廣的應用範圍例如：彩色LED控制實驗、廣告霓虹燈變化實驗、畫面左移或右移、上捲或下捲的動態實驗以及其他更具創意的變化實驗 圖10.11 8x8點矩陣 顯示器 22第十章10.8051單晶片 在一般的技術學院、專科學校甚至高工幾乎沒有不學微電腦8051單晶片的，如此受歡迎（或者說使用率這麼高）的晶片，如果能與CPLD晶片結合，那麼應用範圍就更大了在可預測的未來（其實目前已經可以），CPLD的功能越來越強，Gates數越來越大，要在裡面放入一顆微電腦（例如8051）再加其他應用功能，那便是輕而易舉的事了 圖10.12 8051單晶 片模組 23第十章11.PULSE脈衝開關LP-2900提供了兩組負緣觸發的PULSE脈衝開關PS1與PS2，兩組正緣觸發的PULSE脈衝開關PS3與PS4，以供使用者選擇適合自己電路設計的PULSE脈衝信號和之前所提到的電路一樣，4組具有正負緣觸發的PULSE脈衝開關也都具有LED燈號顯示 圖10.13 4組具有正負緣 觸發的PULSE 脈衝開關 24第十章12.A/D與D/A 在數位系統設計應用上，數位至類比轉換器（D/A）與類比至數位轉換器（A/D）是不可或缺的重要元件，LP-2900提供市面上最常使用的ADC0804與DAC7528組成的A/D與D/A轉換器，以供使用者配合8051做界面電路實驗。

圖10.14 由ADC0804與 DAC7528組成 的A/D與D/A 轉換器 25第十章綜合以上所述，我們就可以清楚發現LP-2900是採用ALL INONE設計外觀上就是一台完整的設備，功能完善，考慮週到，是一理想之實驗設備它同時具備完整性、整體性，此一設備可單獨操作，是屬於STAND ALONE設備 26第十章CPLDCPLD晶片板與晶片板與I/OI/O實驗板的連接實驗板的連接10-310-3為了使實驗設備具有一致性，我們將整個實驗設備做了整體的規劃，I/O實驗板與CPLD晶片板我們採用腳座連接器，使用此腳座的目的是方便以後更換CPLD晶片板，同時我們也把其餘的元件，例如：74LS240 octal 3-state bus inverters安排隱藏於I/O實驗板與CPLD晶片板之間如此不但整體視覺效果美觀，同時也讓元件不易被破壞又具有維修方便的特性所有在本節討論到的電路其詳細電路圖請參考2-9節現在，我們對I/O實驗板與CPLD晶片板的連接，簡述如下：27第十章一、資料輸入開關（Data switch） 資料輸入開關是由兩部份組成，其中SW1至SW8是使用帶燈之壓按開關（push button）分別接到CPLD之對應接腳序數依次編號為P47，P48，P49，P51，P59，P60，P62，P63，另一組則是由2個8x1的dip開關組成，SW9至SW24與CPLD之對應接腳序數依編號為P64，P65，P67，P68，P69，P70，P72，P73，P78，P79，P80，P81，P82，P83，P86，P87總共有24個資料輸入開關設定，我們發現這些接腳並沒有連續使用，這是因為CPLD除了I/O接腳外，還有許多控制接觸，例如：第55腳為CLOCK輸入端，P40，P50，P57，P58，P66總共有5支腳接地（只針對P37至P72而言），同樣地針對第37腳至第72腳也是有5支腳接電源VCC，如：P45，P52，P53，P61，P71，所以上述這10支腳就不可作為輸入端使用。

28第十章SW1至SW8是採用帶燈（紅色LED）雙刀雙投開關，當開關沒有按下時（OFF狀態）。