fpga_asic-基于fpga的多功能實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、第29卷第2期肇慶學(xué)院學(xué)報(bào)Vol.29,No.22008年3月JOURNALOFZHAOQINGUNIVERSITYMar.2008基于FPGA的多功能實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)梁迎春,吳海濤(肇慶學(xué)院電子信息與機(jī)電工程學(xué)院,廣東肇慶526061)摘要:設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)以AlteraFPGA的Cyclone器件EP1C6Q240C8為核心的多功能實(shí)驗(yàn)板.它分為核心板和擴(kuò)展板,用戶可以結(jié)合QuartusII集成開發(fā)環(huán)境,使用VHDL語言、VerilogHDL語言或原理圖,進(jìn)行編輯、綜合和仿真,通過本實(shí)驗(yàn)開發(fā)板加載配置并

2、進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證.經(jīng)過測(cè)試驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)板的可行性和穩(wěn)定性,能夠滿足教學(xué)和科研的需要.關(guān)鍵詞:FPGA;Cyclone;實(shí)驗(yàn)板中圖分類號(hào):TN702文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1009-8445(2008)02-0040-030引言隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展及其工藝水平的不斷提高,掌握大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?CPLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)緊密結(jié)合的現(xiàn)代EDA設(shè)計(jì)技術(shù),已經(jīng)成為21世紀(jì)電子工程師必備的基本技能之一.肇慶學(xué)院適應(yīng)時(shí)代的潮流,建設(shè)了廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室EDA實(shí)驗(yàn)分室,開設(shè)了相關(guān)的E

3、DA課程——可編程邏輯器件及編程技術(shù),配備了EDA實(shí)驗(yàn)箱.一方面,EDA技術(shù)是電子信息與技術(shù)的專業(yè)課,實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng),其內(nèi)容的更新也相當(dāng)迅速;另一方面,EDA實(shí)驗(yàn)箱比較死板,其內(nèi)容不能跟隨EDA技術(shù)的快速更新而更新,也不能做一些綜合性、系統(tǒng)性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn),只能做一些簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),因而不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力,更不能供教師作為科研之用.為了培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)復(fù)雜電子系統(tǒng)的能力和綜合應(yīng)用能力,使他們?cè)谌瞬攀袌?chǎng)更具有競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)也為了讓教師能擁有EDA相應(yīng)的科研開發(fā)工具,迫切需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠做綜合性、系統(tǒng)性

4、、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的多功能實(shí)驗(yàn)開發(fā)板.1總體方案設(shè)計(jì)原則總體方案遵循以下原則:1)必須滿足可編程邏輯器件及編程技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的要求,還要滿足大學(xué)生課外創(chuàng)新活動(dòng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及全國大學(xué)生電子競(jìng)賽的需求;2)具有超前意識(shí)的設(shè)計(jì)性-綜合性實(shí)驗(yàn)體系,可以讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)電路,實(shí)現(xiàn)“一人一組”的全面開放式教學(xué);3)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力,要做到既有固定電路可用,又能自行搭接電路,靈活方便,實(shí)用性強(qiáng);4)可擴(kuò)展性強(qiáng),不但能適應(yīng)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)要求,而且經(jīng)過部分?jǐn)U展后可以滿足新技術(shù)和新實(shí)驗(yàn)的要求.5)能夠供教師科研開發(fā)之用.2總體設(shè)

5、計(jì)方案本設(shè)計(jì)分為3大模塊,即核心模塊(板)、外圍擴(kuò)展模塊(板)和下載線模塊,如圖1所示.收稿日期:2007-05-30基金項(xiàng)目:肇慶學(xué)院教學(xué)研究基金資助項(xiàng)目(0643)作者簡(jiǎn)介:梁迎春(1975-),女,廣西玉林人,肇慶學(xué)院電子信息與機(jī)電工程學(xué)院講師,碩士.第2期梁迎春等:基于FPGA的多功能實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)412.1核心模塊——核心板的設(shè)計(jì)可編程邏輯器件是整個(gè)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的最主要器件,所以選擇一個(gè)合適的可編程邏輯器件至關(guān)重要.目前生產(chǎn)系統(tǒng)可編程邏輯器件的廠商很多,其產(chǎn)品種類也很多,各公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同,設(shè)計(jì)

6、方法不同,其應(yīng)用范圍也不同.綜合比較各廠商的器件、軟件、市場(chǎng)狀況及教學(xué)實(shí)踐的具體要求——通用性強(qiáng)、價(jià)格適中、開發(fā)軟件易于教學(xué)等因素,最后選用Altera公司的Cy-clone系列,它是目前市場(chǎng)上性價(jià)比最優(yōu)且價(jià)格最低的FPGA.Cyclone器件具有大批量?jī)?yōu)化的功能集可供應(yīng)用,這些應(yīng)用市場(chǎng)包括消費(fèi)類、工業(yè)類、汽車業(yè)、計(jì)算機(jī)和通信類.[1]本設(shè)計(jì)采用Cyclone系列中的EP1C6Q240C8器件,它采用240腳的PQFP封裝.為了最大限度利用芯片,使核心板更加靈活地運(yùn)用于各種實(shí)驗(yàn),必須將芯片的引腳引出來,并加上

7、電源部分和下載口電路.核心模塊的組成如圖2所示.2.2擴(kuò)展模塊——擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)擴(kuò)展模塊提供了豐富的外圍設(shè)備及各種常用外部設(shè)備的端口,包括了1個(gè)4位數(shù)碼管、8個(gè)LED、5個(gè)自定義按鈕、LCD1602接口、8色VGA接口、PS2鼠標(biāo)、鍵盤接口、有源蜂鳴器、AUDIO接口、串行通訊端口、SD卡讀寫端口、紅外通訊端口、GPIO接口等.電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示.2.3下載線制作AlteraFPGA器件有3類配置下載方式:主動(dòng)配置方式(AS)、被動(dòng)配置方式(PS)及最常用的(JTAG)配置方式.本擴(kuò)展板采用了AS+JTAG配

8、置方式.這樣可以用JTAG方式調(diào)試,最后程序調(diào)試無誤后,再用AS模式把程序燒到配置芯片里去.這樣做有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn),就是在AS模式不能下載的時(shí)候,可以利用QuartuII自帶的工具生成JTAG模式下可以利用的.jic文件,以此驗(yàn)證配置芯片是否已經(jīng)損壞.[2]本設(shè)計(jì)中的下載線是以ByteBlasterII為標(biāo)準(zhǔn)制作的.本下載電纜適用于AlteraCPLDPFPGA芯片的下載.支持JTAG,AS及PS下