【ETC-1電子綜合實驗開發(fā)平臺】

　　功能/作用介紹：

　　隨著高校對學生實踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)的日益重視，綜合型實驗教學在電子類學科本科生教學中的重要地位更加突出。經(jīng)過多年的發(fā)展，高校已經(jīng)基本建立起了相對完善的實驗課程體系，通過自主研發(fā)、或采購相應實驗教學設(shè)備，如常用的模擬電路實驗箱、數(shù)字電路實驗箱、高頻實驗箱、微機原理與應用實驗箱、EDA技術(shù)實驗箱等，這些實驗設(shè)備應用基本滿足了電子類本科課程體系中實踐教學需求。但是隨著市場對電子信息類拔尖人才需求的日益增長，現(xiàn)有的人才培養(yǎng)計劃已不能適應。尤其是伴隨大學生創(chuàng)新實踐、自主設(shè)計以及全國大學生電子設(shè)計競賽、嵌入式專題競賽等學科競賽的蓬勃開展，傳統(tǒng)的實驗箱教學設(shè)備顯然不再適應實驗教學的需求，開發(fā)更加靈活的、資源更加開放的實驗開發(fā)平臺成為開展綜合型實驗和訓練的必備條件。在此背景下，由我校電工電子實驗教學中心按照“自主學習、自主創(chuàng)新”的實驗教學思路，結(jié)合本科教學計劃、大學生創(chuàng)新 設(shè)計和學科競賽等，研發(fā)了一系列實驗教學裝置和開發(fā)平臺，ETC系列MCU&FPGA電子綜合實驗開發(fā)平臺就是其中的一項。

　　電子類實驗特別是綜合型實驗往往同時涉及到電子技術(shù)、控制原理、傳感器原理、數(shù)字信號處理等多門課程的內(nèi)容，而電子綜合實驗教學平臺要求既能方便學生設(shè)計的模擬和數(shù)字電路模塊連接，又要能夠便捷的開展程序設(shè)計以實現(xiàn)信號采集、信號處理和系統(tǒng)控制等功能。因此對于這樣的開發(fā)板，一方面由于應用于系統(tǒng)設(shè)計，為了減少重復設(shè)計，平臺應該盡量配置常用的接口和模塊，如顯示模塊、輸入按鍵、指示燈、時鐘接口等，同時為了滿足不同系統(tǒng)的需求，適應各種差異性系統(tǒng)，開發(fā)平臺又應該盡可能的提供更多的開放接口供用戶使用。因此MCU&FPGA平臺應具備以下特點：

　　開放性：能夠提供足夠多的開放接口供用戶使用;

　　功能性：應該具備一些基本的資源模塊配置，如顯示、鍵盤等;

　　兼容性：針對該平臺設(shè)計的模塊應該能方便的實現(xiàn)進行重新組合應用;

　　穩(wěn)定性：系統(tǒng)應能夠穩(wěn)定運行;

　　便捷性：平臺的使用、編程操作應該簡單適用。

　　根據(jù)以上開發(fā)平臺的性能需求，我們選擇FPGA來實現(xiàn)平臺的兼容性，使得不同系統(tǒng)的設(shè)計能夠使用一些相同的模塊來進行組合實現(xiàn)，MCU了實現(xiàn)系統(tǒng)程序控制等。2005年設(shè)計的ETC-1型MCU&FPGA開發(fā)平臺，選擇了本科教學中使用最廣的51單片機和Altera公司的Cyclone I系列FPGA進行結(jié)合，51單片機實現(xiàn)程序設(shè)計，F(xiàn)PGA實現(xiàn)和功能模塊的接口配置和高速控制。隨著NIOS技術(shù)的成熟，2010年設(shè)計的ETC-2型NIOS開發(fā)平臺采用功能更加強大的NIOS軟核代替了51單片機，同時FPGA也升級為Cyclone III系列FPGA EP3C16F484，使得在實現(xiàn)系統(tǒng)基本功能模塊后，仍能夠提供足夠多的IO口供用戶使用。以下為ETC系列電子綜合實驗開發(fā)平臺的基本性能指標：

　　(1) FPGA主芯片為EP3C16F484，該FPGA有15408個LE，4個加強型PLL，516096Bist的片內(nèi)RAM資源。該芯片為C8級別的，工作頻率最高可以超過300MHz。

　　(2) 64MBits SDRAM：該系統(tǒng)板使用的SDRAM芯片為ISSI公司的IS42S16400，4Banks，每Bank容量為16MBits，共64MBits，容量足夠?qū)嶒炛惺褂谩?

　　(3) 16位256K SRAM：該系統(tǒng)板使用的SRAM芯片為ISSI公司的IS61LV25616，數(shù)據(jù)位寬為16位，總?cè)萘繛?56K，可用于某些需要高速緩存的系統(tǒng)中。

　　(4) 32MBits FLASH：該系統(tǒng)板外擴了FLASH芯片S29AL032D，容量為32MBits,當系統(tǒng)需要掉電儲存信息時可使用。

　　(5) 320*240點陣型LCD：配備的LCD為點陣型320*240的LCD，可以顯示30行40個字符或數(shù)字，還可顯示圖形和漢字。

　　(6) 編程接口：同時實現(xiàn)JTAG和AS下載模式，分別對FPGA和EPCS4在線編程。

　　(7) 開放型外圍IO接口：4組獨立2*20擴展接口，每個接口共40針，包含2個5V電源，2個3.3V電源，4個GND和32個可編程IO口。另有用有10針的鍵盤擴展接口，包含8個通用IO口?？偣?30個擴展IO口。

　　(8) 輸入設(shè)備：核心板設(shè)計由4個獨立按鍵和2個撥碼開關(guān)，可實現(xiàn)簡單的功能選擇輸入;顯示擴展板設(shè)計了旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)和輔助按鍵，可實現(xiàn)一般的界面操作。

　　(9) 時鐘接口：設(shè)計有鎖相環(huán)時鐘輸出和輸入端，可對外提供100M以上的數(shù)字時鐘，也可實現(xiàn)外部高速時鐘的輸入。

　　(10) 電源模塊：板載電源為系統(tǒng)提供5V、3.3V、2.5V和1.8V等幾種電源，系統(tǒng)自帶3A自恢復保險和防反接電路進行保護。

　　ETC-2采用6層PCB設(shè)計，在完成鍵盤輸入、液晶顯示、板載存儲、在線調(diào)試等基本功能夠，提供了多達3組40PIN通用IO接口，可充分滿足綜合實驗的擴展功能需求。除了用于本科生實驗課程“電子系統(tǒng)綜合實驗”外，很多的大學生科研、畢業(yè)設(shè)計等都在此平臺上開發(fā)完成。同時自2005年以來ETC-1和ETC-2平臺廣泛的應用于電子設(shè)計競賽、SOPC競賽中作基本開發(fā)系統(tǒng)，取得了優(yōu)秀的成績，基于該平臺設(shè)計的實驗作品先后獲得國家一等獎14項，其他獎項數(shù)十項。同時該平臺還推廣至湖北省十余所兄弟高校用于電子設(shè)計競賽培訓工作。

　　作品名稱：ETC-1電子綜合實驗開發(fā)平臺

　　完成單位：武漢大學電子信息學院