本文關鍵詞：計算機核心課程群綜合教學平臺的硬件設計與實現(xiàn)

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【摘要】：計算機專業(yè)本科教學目標就是要培養(yǎng)計算機專業(yè)的高素質(zhì)人才。計算機專業(yè)的高素質(zhì)人才必須具有計算機系統(tǒng)的整體觀,對計算機系統(tǒng)有深入的認識,并掌握計算機系統(tǒng)的軟件和硬件設計技術。在目前的教學模式下,各門課程的實驗教學自成一體,不同課程在實驗平臺和實驗內(nèi)容上都缺乏交互性,這使學生們在學習過程中,能夠?qū)伍T課程的內(nèi)容能有較好的理解,但對整個知識架構(gòu)缺乏系統(tǒng)性認識,更缺乏將多門課程的知識融會貫通的能力。計算機專業(yè)核心課程群一體化教學模式的提出是具有創(chuàng)造性的一次嘗試,教改的目標是：以構(gòu)建一個完整的計算機系統(tǒng)為主線,貫通計算機組成原理、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)以及編譯原理等四門核心課程以及數(shù)字電路課程的教學和實驗環(huán)節(jié),構(gòu)建一個一體化教學實驗平臺,探索一種新的教學模式,培養(yǎng)計算機專業(yè)的學生建立軟硬件一體化設計的系統(tǒng)觀。 本文主要闡述了在上述計算機教學實驗改革探索背景下的實驗平臺的硬件設計工作。文章首先分析了傳統(tǒng)硬件設計的方法在教學應用中的局限性,研究了當前國內(nèi)外計算機實驗教學的教學現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢,總結(jié)了基于FPGA的“軟”硬件的系統(tǒng)設計理念和方法,重點闡述了基于FPGA芯片的一體化綜合教學實驗平臺的硬件設計思路與實現(xiàn)方法,并給出了詳細的硬件設計方案。與此同時,對硬件設計過程中所涉及的FPGA設計方法、電源與信號完整性、EMC/EMI以及阻抗匹配等數(shù)字系統(tǒng)設計中十分常見,并且對系統(tǒng)性能至關重要問題進行了總結(jié)和探討。最后,設計并實現(xiàn)了基于硬件描述語言的外圍驅(qū)動模塊,完成了綜合教學實驗平臺的測試和驗證。 本文針對實驗需求給出了一套行之有效的實驗平臺設計方案,基于FPGA的實驗教學平臺設計能夠顯著地提高實驗平臺的靈活度,擴展實驗平臺可以實現(xiàn)的實驗內(nèi)容,增強多門課程實驗之間的關聯(lián)。因為FPGA芯片的可重復編程的特性,教學平臺的軟硬件功能都可以像軟件的被編程,本實驗平臺具備了比現(xiàn)有的實驗平臺更強的實驗適應性�？偠灾�,本論文的研究內(nèi)容為FPGA在實際教學中的使用提供一些新的參考方案和研究思路。
【關鍵詞】：計算機核心課程群 一體化實驗平臺 FPGA 電源與信號完整性 硬件描述語言
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP303
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 選題背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)10-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11
• 1.2.3 “軟”硬件設計理念在計算機實驗教學中的前景11-12
• 1.3 本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排12-14
• 第2章 基于FPGA的“軟”硬件設計方法14-21
• 2.1 FPGA技術與硬件描述語言14-15
• 2.2 “軟”硬件系統(tǒng)設計15-17
• 2.3 軟硬件任務的劃分17-18
• 2.4 核心課程群課程的定位與軟硬件劃分18-20
• 2.4.1 各門課程在計算機教學中的定位18-19
• 2.4.2 課程實驗的設計方案19-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第3章 一體化教學實驗平臺硬件方案設計21-41
• 3.1 綜合實驗平臺系統(tǒng)方案設計21
• 3.2 核心控制板的原理圖設計21-33
• 3.2.1 FPGA芯片的選擇22-24
• 3.2.2 FPGA的配置選擇電路24-25
• 3.2.3 USB-to-JTAG下載接口模塊25-26
• 3.2.4 SPI Flash存儲系統(tǒng)26-27
• 3.2.5 DDR2 SDRAM存儲系統(tǒng)27-28
• 3.2.6 Flash存儲器系統(tǒng)28-29
• 3.2.7 以太網(wǎng)接口電路29-30
• 3.2.8 核心控制板電源設計30-33
• 3.3 接口電路板的原理圖設計33-40
• 3.3.1 板間接口設計34-35
• 3.3.2 串口電路設計35-36
• 3.3.3 USB-HID接口設計36-37
• 3.3.4 基于權電阻網(wǎng)絡的VGA接口設計37-38
• 3.3.5 基于Atmega8的OLED顯示模塊設計38-39
• 3.3.6 8段數(shù)碼管顯示電路39-40
• 3.3.7 P/S2接口設計40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 信號完整性與PCB設計41-53
• 4.1 信號完整性的概念及分析41-44
• 4.1.1 傳輸線的反射41-43
• 4.1.2 傳輸線的串擾43-44
• 4.1.3 電源完整性44
• 4.2 PCB布局設計44-48
• 4.2.1 核心控制板的布局45-46
• 4.2.2 電源芯片的外圍電路布局46-47
• 4.2.3 接口電路板的布局47-48
• 4.3 電路板疊層設計與電源平面處理48-49
• 4.4 特殊走線及阻抗匹配設計49-52
• 4.4.1 蛇形走線設計49-51
• 4.4.2 阻抗匹配設計51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 軟硬件接口模塊的設計53-61
• 5.1 軟硬件接口模塊功能簡述53-54
• 5.2 典型模塊設計與實現(xiàn)54-60
• 5.2.1 時鐘發(fā)生模塊的設計54-55
• 5.2.2 UART通信接口的設計與實現(xiàn)55-58
• 5.2.3 數(shù)據(jù)采集和顯示模塊的設計與實現(xiàn)58-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第6章 結(jié)論與展望61-62
• 參考文獻62-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果65-66
• 致謝66

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 唐思章 ,黃勇;SoPC與嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設計[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應用;2005年12期

2 冼志妙;朱雪花;襲著科;;高速PCB的信號完整性分析及應用[J];桂林工學院學報;2006年02期

3 張晴暉;李俊，

本文編號：622923