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ZY11EDA+SOPC23BB EDA+SOPC实验开发系统
一、平台简介
随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、
工业自动化、计算机应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，EDA技
术和SOPC技术含量正以惊人的速度上升。特别是随着VHDL、Verilog等硬件描
述语言综合工具功能和性能的提高，计算机中许多重要的元件，包括CPU都用硬件
描述语言来设计和表达，许多CPU（如8051单片机、8086等），硬核嵌入式系统
（如ARM、Excalibue系列FPGA）、软核嵌入式系统（如Nios），微机CPU，乃
至整个计算机系统都用FPGA来实现，即所谓的单片系统：SOC和SOPC（System
On a Chip、System On a Programmable Chip）。计算机和CPU的设计技术
及其现方法进入了一个全新的时代！不但如此，传统的CPU结构模式，纽曼结构和哈
佛结构正在受到巨大的挑战。
SOPC和SOC是现代电子技术和电子系统设计的汇聚点和发展方向，它将普通
EDA技术、计算机系统、嵌入式系统、工业自动化控制系统、DSP及软件无线电
等融为一体。
事实上，就软件设计和应用而言，在计算机技术应用领域已构成了两个重要
分支，即：
1、利用计算机完成软件设计，这些软件是被既定的硬件系统所支持的；
2、利用计算机完成硬件系统设计，包括通用计算机系统、嵌入式系统、和专用
计算机系统的设计。不言而喻，EDA技术和SOPC技术在计算机应用领域正在不断
扩大其应用范围。
目前，国内各大用人单位，对熟悉了解高层次EDA/SOPC技术应用的技术人
才需求十分迫切，但由于种种原因这方面的专门人才非常稀少，所以作为计算机及相
关专业的大专生、本科生或研究生，很有必要了解和掌握基于EDA的SOPC技术和理
论。国家有关部门对此方面也给予高度重视，自1995年至2003年的全国大学生电子
设计竞赛题中，EDA技术的含量逐年增加，自此约占1/3的内容与EDA技术相关，而
SOPC作为EDA技术的高层次技术，具有更加广阔的应用范围。
通过学习SOPC技术，学生可以接触到在传统计算机技术（包括计算机软硬件设
计、单片机系统设计、ARM嵌入式系统软硬件开发、工控嵌入式系统开发等）中完全
没有的，但现代计算机技术中又特别重要的许多概念和全新的理念，如：软核嵌入式
处理器、嵌入式处理器硬件仿真（传统计算机技术中只有软件仿真概念）、软硬件联
合调试（传统计算机技术中只有在既定的硬件系统中进行软件调试的概念）、基于硬
件加速器的自定制指令等等。
此外，设置SOPC技术教学实验课对稳定教学科研人才队伍，加强学校办学特色，
都具有十分重要的意义。
二、产品特点
1、整体结构说明：
该实验箱采用“FPGA适配板+主板+扩展板”的结构，其中“适配板+主板”的所
有资源都是符合全国大学生电子设计大赛组委会要求的，在扩展板上的资源是一些
开设高级实验项目的资源，具有可更换性和可升级性，在电子设计竞赛中学生只需
要把扩展板换成自己搭建的电路就可以了。在FPGA适配板上采用导引柱设计和防
错插的设计，这样可以避免学生将适配板插错损坏电路。
2、FPGA适配板设计如下：
该模块上主要有FPGA芯片（EPC12）、EPCS配置芯片、存储器、调试串口。
在该适配板上除了完成常规的EDA实验以外，主要完成NIOS内核的调试工作，核心
是基于AVOLON总线的应用。
3、A/D、D/A扩展板
该模块主要是用来配合FPGA芯片来完成现代DSP实验项目，包括FSK，
QPSK、DDS、FIR、IIR、FFT等实验项目。要求:A/D采用双通道8位，采样
率为20M，D/A采用精度为12位。
4、单片机扩展板
该模块主要用来和FPGA进行通信的，单片机键盘用来控制通信，单片机显示
用来通信的状态。此模块可以控制整个实验箱进行系统自动检测和自动演示。
三、硬件资源
FPGA芯片1：EP1C12Q240C
存储器1：SRAM
存储器2：FLASH ROM
A/D：TLC5510（8位）
D/A：MAX7541（12位）
LCD：128*64 带背光
数码管：8位数码管
LED：16个LED
按键：5个键盘模块；6个双刀双掷开关；
MCU接口：89S51接口（选配）；
通信接口：1个串口；1个VGA接口；1个键盘接口；1个鼠标接口；
扬声器模块；
逻辑笔模块。
四、实验项目
第一部分：基于SOPC Builder、Nios嵌入式处理器核、QuartusII的嵌入式系统实验：
（1）简单Nios嵌入式系统FPGA硬件设计与实现实验
学习基本Nios嵌入式系统硬件配置、设计和测试
（2）简单Nios嵌入式系统软件调试实验
学习基本Nios嵌入式系统软件设计和调试
（3）Nios完整系统FPGA硬件设计实验
学习完整Nios嵌入系统硬件配置、设计和测试
（4）Nios完整系统软件设计实验
学习完整Nios嵌入式系统软件设计和调试
（5）基于Nios的DMA设计实验
学习基于Nios的DMA应用方法
（6）基于Nios的EPCSx通信实验
学习基于Nios的配置器件总线通信方法
（7）Avolon总线应用实验
学习基于Nios的Avolon总线应用方法
（8）基于VHDL的Nios处理器用户定制指令实验
学习利用VHDL设计Nios的乘法累加硬件加速器对应的用户定制指令技术；
（9）Nios处理器用户定制指令实验
学习Nios的复数乘法器硬件加速器对应的用户定制指令技术；
（10）基于NIOS内核的数控信源设计。
第二部分：基于QuartusII的基本系统设计实验
（1）QuartusII基本应用实验
学习SOPC开发环境QuartusII的基本使用方法
（2）QuartusII优化实验
学习QuartusII的的多种优化技术，包括速度优化和面积优化
（3）基于QuartusII的LPM模块使用实验
学习各种LPM使用方法，包括LPM_ROM、LPM_RAM、LPM_FIFO、
LPM_PLL等；
（4）Flash配置器件设置与编程实验
学习对Cyclone器件的不同配置技术；
（5）SignalTapII应用实验
学习嵌入式逻辑分析仪的设置和硬件实时测试技术；
（6）Chip Editor应用实验
学习利用Chip Editor进行底层逻辑编辑技术
（7）正弦信号发生器实验
学习LPM_ROM在VHDL文件中调用和波形输出应用，硬件实现和测试方法
（8）基于QuartusII的直接数字综合器设计实验
学习复杂模块的设计和优化方法；
（9）模型CPU设计实验
学习使用现代电子技术完成简单CPU的设计。使用QuartusII和VHDL测
试工具SignalTapII完成传统计算机组成原理中模型CPU的设计实现和调试，
（10）8051单片机设计实验
学习实用CPU的设计和测试方法；
（11）LogicLock技术优化流水线乘法器设计实验
学习逻辑锁定技术，和相关的大规模系统设计优化方法；
应用LogicLock技术优化数字滤波器设计实验
学习逻辑锁定技术，和相关的大规模系统设计优化方法；
第三部分：基于Matlab/Simulink DSP Builder、ModelSim和QuartusII的
算法模型硬件实现实验
（1）基于Simulink建模的手动设计流程实验
学习手动设计流程和相应的测试方法；
（2）基于Simulink建模的自动设计流程实验
学习自动设计流程和相应的测试方法；
（3）正弦信号发生器设计实验
学习使用Matlab、DSP Builder和QuartusII建模正弦信号发生器、系统仿真、
VHDL变换、综合/适配和硬件实现基本技术；
（4）DDS直接数字综合器设计实验
学习使用手动流传完成直接数字综合器设计；
（5）FSK设计实验
学习频率键控信号发生器设计；
（6）数字移相信号发生器设计实验
学习一个典型的电子设计竞赛项目的设计
（7）调幅模型设计实验
学习使用Matlab、DSP Builder和QuartusII建模正弦信号发生器、系统仿真、
VHDL变换、综合/适配和硬件实现基本技术；
（8）巴克码检出模型设计实验
学习译码模块的建模方法和硬件设计与测试方法
（9）IP核应用实验
学习FIR、IIR等IP核应用技术
第四部分：单片机+FPGA+LCD+键盘的显示程序
内容：单片机通过FPGA来控制LCD显示字符，在按下按键的时候能在LCD上显
示不同的字符。
另外可以根据老师需求，配置一些基本的设计实验。
五、配置
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实验箱 |
ZY11EDA+SOPC23BB |
1 |
台 |
必配 |
|
EP1C12适配板 |
ZY11EDA+SOPC23BB-EP1C12 |
1 |
块 |
必配 |
|
AD和DA采集模块 |
ZY11EDA+SOPC23BB-ADDA |
1 |
块 |
选配 |
|
实验指导书 |
V1.0版 |
1 |
本 |
必配 |
|
《挑战SOPC》 |
教师参考书 |
1 |
本 |
必配 |
|
《现代DSP技术》 |
教师参考书 |
1 |
本 |
必配 |
|
发货光盘 |
V1.0版 |
1 |
张 |
必配 |
|
V1.0版 |
1 |
张 |
必配 |
|
V1.0版 |
1 |
张 |
必配 |
|
三相电源线 |
180-250V，1.5A |
1 |
根 |
必配 |
|
DB9串口线 |
>1.5m，一头为针，一头为孔 |
1 |
根 |
必配 |
|
25芯并口下载线 |
>1.5m，两头都为针 |
1 |
根 |
必配 |
|
10芯连接排线 |
300mm |
1 |
根 |
必配 |
|
射频头连接线 |
两端都是SMA的连接头，长度为15cm |
1 |
根 |
选配 |
|
保修卡 |
通用 |
1 |
张 |
必配 |
六、仪器配置
1. PC机
2. 20M以上双踪示波器
3. 万用表
七 产品规格
1. 实验箱主机：450mm×310mm×110mm
2. EP1C12适配板：131 mm×137 mm×2 mm
3. AD和DA采集模块：151 mm×90 mm×2 mm
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