一．
系统概述
系统结构如图1.1所示：
S01. 系统结构及说明
LCD1602HB12864LCD12864S1S2S3S4人机交互模块D7D6D5D4D3D2D1D0J2DS18B20单片机ADDAFTVTBellResetAT24C08主控电路P3P1P2扩展接口CPLD/FPGA接口P44*4按键图1.1 系统结构框图
2. 硬件资源 1.1单片机资源
◆完全兼容51内核的SST89E516RD，管脚兼容AT89C51，带仿真监控程序
◆时钟频率：0~40MHz ◆集成1KBy片内RAM
◆64Kbyte + 8Kbyte Flash EEPROM ◆看门狗
◆可编程计数器阵列（PCA） ◆SPI接口 ◆I2C接口
1.2可编程逻辑器件资源（EP3C10E144） ◆10,320逻辑单元（LE） ◆46个M9K ◆423,936bit RAM ◆23个18*18硬件乘法器 ◆2个锁相环（PLL） ◆10个全局时钟网络 ◆最大94个用户IO口 ◆最大22组差分接口 1.3常用外围设备资源 ◆4*4矩阵按键 ◆8*1独立按键 ◆8个发光二极管 ◆8位7段数码管 ◆字符液晶1602
◆点阵液晶12864（带字库） ◆蜂鸣器
◆8K串口存储器（仅单片机模式可用） ◆10位高精度AD转化器（仅单片机模式可用） ◆12位高精度DA转换器
二．
操作说明
1. 人机交互模块功能说明
该模块是本EDA实验箱的人机对话界面，主要实现对本EDA实验箱的模式选择、电压测量、信号输出、频率测量以及系统复位等功能。其主要部件及功能如表2.1所示：
表2.1 人机交互模块部件及功能 元器件名称 HB12864显示屏 S0 功能键 S1 S2 S3 S4 功能描述 显示 上移 下移 退出/返回键，返回上一级 确定键 模式选择键 Reset 外接待测直流电压接入 复位键 待测电压GNDVT VT待测频率GND 插针 FT 外接待测频率接入 FTClk1Clk1Clk1F0F1F2 Clk2Clk2Clk2J2 信号输出 J2J2
2. 实验箱上电或复位
当实验箱初次上电或者按Reset（复位）键，都将进入初始化界面，该界面将显示重庆邮电大学徽标以及实验平台的名称、制作者等信息，随后即自动进入功能选择界面。如图2.1所示：
电压测量信号输出频率测量S4：模式0 图2.1 功能选择界面
*功能1：电压测量
能够完成对实验箱上+5V、+3.3V两路电源电压以及外接直流电压（VT）的测量。
功能2：信号输出
能够同时产生多路不同频率的方波信号，频率调节范围（1Hz～1MHz）。 功能3：频率测量 可以测量外接频率（FT）。 功能4：模式选择
实现不同工作模式间的切换。目前本实验箱共设计有9种不同的工作模式（模式0～模式8），不同模式对应有不同的电路结构，各模式下的电路结构图可参见模式介绍。
3. 模式选择
在功能选择界面，按S4键进入工作模式选择（如图2.2所示），选定模式后按S3键确认，即可进入该模式。
电压测量信号输出频率测量S4：模式1* 图2.2 模式选择界面
在不同模式下，发光二极管和数码管的初始显示是不一样的，如表2.2所示：
表2.2 不同模式下的LED和数码管初始显示状态对照表 模式 模式0 模式1 模式2 模式3 模式4 模式5 模式6 模式7 模式8 4. 电压测量
电压测量功能状态下，除了能够测量实验箱上+5V、+3.3V两路电源电压以外，还能测量由VT接入的外接直流电压。
如何选择进入电压测量功能？
按S1（上移）键和S2（下移）键，可以向上或者向下移动屏幕上的“*”，当“*”移动至与“电压测试”同一行显示时，即表示选择“电压测量”，如图2.3所示，然后按S3键（确认键）进入“电压测量”功能。
8位LED显示 全亮 全灭 全灭 全亮 全亮 全亮 全亮 全亮 全亮 最左边这一位显示“8位数码管显示 全灭 全灭 全灭 全灭 8位全部显示“全灭 全灭 全灭 ”，其余七位无显示。 ” 电压测量信号输出频率测量S4：模式0
*选择”电压测量”功能
图2.3 电压测量选择
进入电压测量模式，界面显示如图2.4所示：
+5V电源测量结果+3.3V电源测量结果VT电压测量结果V1:4.977vV2:3.318vVT:0.000vS4：模式0
图2.4 电压测量界面
VT的电压测量范围：0～5V
5. 信号输出
信号输出功能状态下，能够同时最多产生3路不同频率的方波信号（F0、F1、F2），且频率可调，3路信号频率输出范围如表2.3所示：
表2.3信号频率输出范围及调节步进对照表
信号输出端 F0 F1 F2 频率调节范围 0~100Hz 0～1000Hz 0～1MHz 频率调节步进 1Hz 100Hz 需要修改，有点问题 如何输出某一频率的信号？下面以输出一个f=200Hz的信号为例讲解。 Step1：用S1、S2键选择“信号输出”。
电压测量信号输出频率测量S4：模式0
*选择”信号输出”功能图2.5 “信号输出”功能选择
Step2：按S3确认键进入该功能状态，屏幕将会显示如图所示：
3路信号的频率F0:0000HzF1:00000HzF2:0000kHzS4：模式0*选择标识符
图2.6 “信号输出”显示界面
Step3：用S1和S2键选择信号输出端，由于需要输出的信号频率为200Hz，所以选择F1输出。
F0:0000HzF1:00000HzF2:0000kHzS4：模式0
*选择F1输出图2.7 信号输出端选择图
Step4：按S3键确认，此时进入频率调节模式。
F0:0000HzF1:00000HzF2:0000kHzS4：模式0
@注意：图标有变化哦！图2.8 进入频率调节模式
Step5：用S1键（增加）、S2键（减少）按一定步进调节频率，如此即
可输出一定频率的方波信号了，如图9所示，为用示波器测试的该输出信号。
F0:0000HzF1:00200HzF2:0000kHzS4：模式0
@图2.9 频率调节结果显示
Freq=200Hz
图2.10 信号输出波形图
Step6：用S2（返回键）可逐级退出。 6. 频率测量
频率测量功能状态下，可以测量外接脉冲信号的频率，待测信号通过FT接入。
如何完成外接待测信号的频率呢？
用S1（上移）键和S2（下移）键，选择“频率测量”，如图2.11所示。
电压测量信号输出频率测量S4：模式0
*选择”频率测量”功能
图2.11 “频率测量”功能选择
按S3键（确认键）进行频率测量，屏幕显示如图2.12所示：
Exit：按S2一秒频率测量结果：000000000HzS4：模式0 图2.12 “频率测量”结果显示
FT的频率测量范围：0～120KHz
三． 模式介绍
实验箱一共有9个模式，其中模式0~4为单片机模式，模式5~7为可编程逻辑器件模式，模式8为混合模式。需要注意的时，无论在那种模式下，扩展接口的连接方式都是固定的。
1. 模式0
模式0为单片机模式，其电路如图3.1所示：
D7DS18B20P1.0D6D5D4D3D2D1D0P0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0SCLSDAAT24C08P1.1P1.2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0K7K6K5K4K3K2K1K0VCCADnCSDoutSCKADS7822P1.4(nSS)P1.6(MISO)P1.7(SCK)
图3.1 模式0电路结构
在模式0中，发光二极管连接在单片机的P0口，P0口相应的位为逻辑“1”则点亮对应的二极管。需要注意的是，P0口作为普通IO使用，需要接上拉电阻，图3.1中为示意图，实际电路需要连接上拉电阻。
在模式0中，实验箱上的4*4矩阵按键不再作为矩阵按键，而是取按键K0~K1作为独立按键连接到单片机的P2口，电路如图3.1所示。
2. 模式1
模式1为单片机模式，其电路如图3.2所示： LCD1602DBDS18B20P1.0ERWRSP0BellSCLSDAAT24C08P1.1P1.2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0K3K2K1K0VCCADnCSDoutSCKADS7822P1.4(nSS)P1.6(MISO)P1.7(SCK)P3.2P3.6P3.7nCSSCKDinTLC5615DA
图3.2 模式1电路结构
在模式1中，按键K0~K3作为独立按键使用，字符液晶1602的数据线连接到单片机的P0口，控制信号RS，RW，E分别连接到单片机的P2.5、P2.6、P2.7。
注意：为了简化编程，1602被禁止读“忙”，因此，在编写程序时，需要通过延时来实现对1602的控制，具体操作请参考1602的数据手册。
3. 模式2
模式2为单片机模式。其电路如图3.3所示： LCD12864DBDS18B20P1.0ERWRSP0BellSCLSDAAT24C08P1.1P1.2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0K3K2K1K0VCCADnCSDoutSCKADS7822P1.4(nSS)P1.6(MISO)P1.7(SCK)P3.2P3.6P3.7nCSSCKDinTLC5615DA
图3.3 模式2电路结构
模式2和模式1基本完全一样，区别在于把模式1的字符液晶1602换成点阵液晶12864，其它完全一样。同样，模式2不允许12864的读“忙”操作，通过延时来实现，具体参考12864的数据手册。
4. 模式3
模式3为单片机IO口扩展模式，其电路如图3.4所示：
D7U0DS18B20P1.0D6D5D4D3D2D1D0P0P2.0DQLEU1DB.7DB.6DB.5DB.4DB.3DB.2DB.1DB.0P2.1SCLSDAAT24C08P1.1P1.2P2.2DQLEU2DQLEU3SEGDIGDB.7DB.6DB.5DB.4DB.3DB.2DB.1DB.0P2.3DQLEU4DB[3:0]VCCADnCSDoutSCKP1.4(nSS)P1.6(MISO)P1.7(SCK)ADS7822P2.4YAnOEU5DB[3:0]4X4KEYP2.5DQLEU6DBLCD1602ERWRSDBLCD12864ERWRSADnCSSCKDinP3.2P3.6P3.7P2.6DQLEDB.6DB.5DB.4DB.2DB.1DB.0ADS7822P2.7 U4:74LS244U0,U1,U2,U3,U5,U6:74LS373 图3.4 模式3电路结构
模式3通过P0口和P2口进行IO口扩展，其中P0口作为数据通道，P2口作为控制通道。在模式3下， 单片机可以使用实验箱上所有全部外围设备。
注意：上图中键盘矩阵的行、列画反了，即P2.3应该是行，P2.4应该是列。所以，键盘扫描时，应该做行扫描。
5. 模式4
模式4为单片机总线模式，其电路如图3.5所示：
ADBDS18B20P1.0P0ALEDLEQAB[7:0]SCLSDAAT24C08P1.1P1.2P2AB[15:8]ADnCSDoutSCKP1.4(nSS)P1.6(MISO)P1.7(SCK)nINT0ADS7822
图3.5 模式4电路结构
模式4为单片机总线模式，所有外设通过总线和单片机相连接，其地址分配如表3.5所示：
表3.5，外围设备地址分配
模块数码管0数码管1数码管2数码管3数码管4数码管5数码管6数码管7LED按键160212864地址0x04000x04010x04020x04030x04040x04050x04060x04070x04080x04090x05000x0600RWWWWWWWWWWRWW（1）数码管已经添加译码功能，输入有效数据为0x00~0x0F，超过此范围数码管无显示（2）0x0408中数据位【7：0】对 应发光二极管【D7:D0】，“1”亮，“0”灭。（3）当有按键按下时，nINT0管脚被拉低，直到按键弹开（4）1602的起始地址为：0x0410，RS和RW分别接到地址线的A0和A1（5）12864的起始地址为：0x0420，RS和RW分别接到地址线的A0和A1 注意：除了表3.5外设占用的地址，由于SST89E516RD片内RAM占用了外
扩总线地址，所有用户不要使用低1KBye的地址。
6. 模式5
模式5为可编程逻辑器件模式，其电路如图3.6所示：
D7Clk0Clk1Clk2PIO[22:15]2221201918171615D6D5D4D3D2D1D0SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW0PIO[30:23]SEGPIO[38:31]DIG3837363534333231VCCADnCSSCKDinADS7822PIO[7]PIO[8]PIO[9]PIO[6:3]PIO[14:11]PIO[10]
图3.6 模式5电路结构
矩阵按键为实验箱主板上的矩阵按键K0~K7，独立按键SW0~SW7为可编程逻辑器件核心板上的独立按键K0~K7，按下按键为低电平（逻辑“0”）。注意：SW5连接在芯片的多功能管脚nCEO上，因此需要通过软件设置该管脚为普通IO口，否则按键SW5不能使用。
发光二极管逻辑“1”点亮，数码管为共阴数码管，数据总线SEG由8位数码管复用。SEG的最低位对应数码管的A，最高位对应数码管的小数点，以此类推。
Clk0连在核心板上的40M有源晶振。Clk1和Clk2根据需要，通过跳线帽选择合适的输入信号，具体参考实验箱操作说明部分。
7. 模式6
模式6为可编程逻辑器件模式，其电路如图3.6所示：
D7Clk0Clk1Clk2PIO[22:15]2221201918171615D6D5D4D3D2D1D0SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW0LCD1602RSPIO[28]PIO[29]PIO[30]PIO[38:31]RWEDBDAnCSSCKDinTLC5615PIO[7]PIO[8]PIO[9]PIO[6:3]PIO[10]PIO[14:11]VCC 图3.7 模式6电路结构
矩阵按键为实验箱主板上的矩阵按键K0~K7，独立按键SW0~SW7为可编程逻辑器件核心板上的独立按键K0~K7，按下按键为低电平（逻辑“0”）。注意：SW5连接在芯片的多功能管脚nCEO上，因此需要通过软件设置该管脚为普通IO口，否则按键SW5不能使用。
发光二极管逻辑“1”点亮。
Clk0连在核心板上的40M有源晶振。Clk1和Clk2根据需要，通过跳线帽选择合适的输入信号，具体参考实验箱操作说明部分。
8. 模式7
模式7为可编程逻辑器件模式，其电路如图3.8所示：
D7Clk0Clk1Clk2PIO[0]PIO[1]D6D5D4D3D2D1D0PIO[22:15]2221201918171615SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW0LCD12864RSPIO[28]PIO[29]PIO[30]PIO[38:31]RWEDBDAnCSSCKDinTLC5615PIO[7]PIO[8]PIO[9]PIO[6:3]PIO[10]PIO[14:11]VCC 图3.8 模式7电路图
模式7和模式6基本一样，差别在于把模式6的字符液晶1602换成点阵液晶12864，其他完全一样。
矩阵按键为实验箱主板上的矩阵按键K0~K7，独立按键SW0~SW7为可编程逻辑器件核心板上的独立按键K0~K7，按下按键为低电平（逻辑“0”）。注意：SW5连接在芯片的多功能管脚nCEO上，因此需要通过软件设置该管脚为普通IO口，否则按键SW5不能使用。
发光二极管逻辑“1”点亮。
Clk0连在核心板上的40M有源晶振。Clk1和Clk2根据需要，通过跳线帽选择合适的输入信号，具体参考实验箱操作说明部分。
9. 模式8
模式8为单片机和可编程逻辑器件混合模式，其电路如图3.9所示：
10. 扩展接口
扩展接口分配如表3.10所示：
表3.10 扩展接口分配表 P3 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 VCC A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 ALE A8 A9 A10 A11 A12 A14 VCC
P3连接单片机，为单片的总线扩展接口，P4连接可编程逻辑器件核心板，为可编程逻辑器件扩展接口。IO0~IO29具体连接参考管脚分配表4.1。
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 GND AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 nRD nWR T1 T0 nINT1 A13 A15 GND 1 3 5 7 9 11 VCC IO0 IO2 IO4 IO6 IO8 P4 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 GND IO1 IO3 IO5 IO7 IO9 IO11 IO13 IO15 IO17 IO19 IO21 IO23 IO25 IO27 IO29 GND 13 IO10 15 IO12 17 IO14 19 IO16 21 IO18 23 IO20 25 IO22 27 IO24 29 IO26 31 IO28 33 VCC 四．
管脚分配
表4.1 管脚分配表 原理图 PIO0 PIO1 PIO2 PIO3 PIO4 PIO5 PIO6 PIO7 PIO8 PIO9 PIO10 PIO11 PIO12 PIO13 PIO14 PIO15 PIO16 PIO17 PIO18 PIO19 PIO20 PIO21 PIO22 PIO23 PIO24 PIO25 PIO26 PIO27 PIO28 PIO29 PIO30 PIO31 PIO32 PIO33 PIO34 PIO35 PIO36 Mode5 Clk1 Clk2 KC0 KC1 KC2 KC3 nSS SCK MOSI Bell KR0 KR1 KR2 KR3 LED0 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 SEG0 SEG1 SEG2 SEG3 SEG4 SEG5 SEG6 SEG7 DIG0 DIG1 DIG2 DIG3 DIG4 DIG5 Mode6 Clk1 Clk2 KC0 KC1 KC2 KC3 nSS SCK MOSI Bell KR0 KR1 KR2 KR3 LED0 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 RS0 RW0 E1602 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 Mode7 Clk1 Clk2 KC0 KC1 KC2 KC3 nSS SCK MOSI Bell KR0 KR1 KR2 KR3 LED0 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 RS1 RW1 E12864 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 Mode8 nWR nRD ALE KC0 KC1 KC2 KC3 nSS SCK MOSI Bell KR0 KR1 KR2 KR3 LED0 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 nINT0 SEG_D0 SEG_D1 SEG_D2 SEG_D3 DIG_D0 DIG_D1 DIG_D2 ADB0 ADB1 ADB2 ADB3 ADB4 ADB5 EP3C10E144 PIN38 PIN39 PIN42 PIN43 PIN44 PIN46 PIN49 PIN50 PIN51 PIN52 PIN53 PIN54 PIN55 PIN58 PIN59 PIN60 PIN64 PIN65 PIN66 PIN67 PIN68 PIN69 PIN70 PIN71 PIN72 PIN73 PIN74 PIN75 PIN76 PIN77 PIN79 PIN80 PIN83 PIN84 PIN85 PIN4 PIN3 CLK0 SW0 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 IO0 IO1 IO2 IO3 IO4 IO5 IO6 IO7 IO8 IO9 IO10 IO11 IO12 IO13 IO14 IO15 IO16 IO17 IO18 IO19 IO20 IO21 IO22 IO23 IO24 EP3C10E144 PIN22 PIN86 PIN87 PIN98 PIN99 PIN100 PIN101 PIN103 PIN104 PIN105 PIN106 PIN110 PIN111 PIN112 PIN113 PIN114 PIN115 PIN119 PIN120 PIN121 PIN124 PIN125 PIN126 PIN127 PIN128 PIN129 PIN132 PIN133 PIN135 PIN136 PIN137 PIN138 PIN141 PIN142 PIO37 PIO38 DIG6 DIG7 DB6 DB7 DB6 DB7 ADB6 ADB7 PIN2 PIN1 IO25 IO26 PIN143 PIN144
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