Spartan-3E实验开发板

第4章 Spartan-3E实验开发板
图4-13 显示内容左移
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图4-14 显示内容右移
第4章 Spartan-3E实验开发板 2．CG ROM ． 字符发生只读存储器CG ROM保存的是已经定义好的具 体字符的字体位图，如图4-15所示。 对应字符的编码存储在DD RAM中，每个字符的位置与 CG ROM的位置按顺序对应，其中英文字符存储在CG ROM 相应的ASCII编码地址中。例如，要在液晶显示屏LCD的第 一行和第一个字符位置上显示字符“F”，该字所对应的编码 为46H，把编码46H写到DD RAM中对应的位置“00H”中。 如果要显示自定义字符和图形，控制芯片在DD RAM中保留 的00H与0X07H地址用于存放自定义的字符编码，而自定义 字符位图存储在CG RAM中。
第4章spartan3e实验开发板图410按键电路第4章spartan3e实验开发板43液?晶?显?示?屏实验开发板上设置了一个2行16字符液晶显示屏lcd液晶显示屏包含一个sitronixst7066u图形控制芯片虽然液晶显示屏控制芯片支持8位和4位数据总线与其它控制芯片的两种通信模式但是为了使fpga芯片能够连接更多的其它外围芯片节约fpga芯片的io管脚资源尽可能少占用fpga芯片的管脚通常采用与strataflash存储器芯片共用fpga的io管脚的方法
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图4-9 八个发光二极管电路
第4章 Spartan-3E实验开发板 4．按键 ． 实验开发板的四个按键电路如图4-10所示。 按键开关的一个触点接3.3 V电源，另一个触点接FPGA 的I/O管脚。当需要使用这些按键时，为了得到非悬空的电 平，应该定义该FPGA的I/O管脚为带有下拉电阻的输入管脚。
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图4-15 CG ROM
第4章 Spartan-3E实验开发板 3．CG RAM ． 字符产生器存储器CG RAM为使用者提供了8位的自编 字符位图。每个自定义字符位由8行位图的5个点组成，如图 4-16所示。 在向CG RAM读或写之前，需初始化CG RAM的地址计 数器。
表4-2 液晶显示屏控制芯片的控制字
功 清除显示 光标复位 设置显示模式 设置显示工作和停止 光标和显示移位 功能设置命令 设置 CG RAM 地址 设置 DD RAM 地址 读“忙”标志和地址 写数据到 CG RAM 或 DD RAM 从 CG RAM 或 DD RAM 读取数据 能 LCD _RS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 LCD _RW 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 DB7 0 0 0 0 0 0 0 1 BF D7 D7 高4位 DB6 0 0 0 0 0 0 1 A6 A6 D6 D6 DB5 0 0 0 0 0 0 A5 A5 A5 D5 D5 DB4 0 0 0 0 1 0 A4 A4 A4 D4 D4 DB3 0 0 0 1 S/C 1 A3 A3 A3 D3 D3 低4位 DB2 0 0 1 D R/L 0 A2 A2 A2 D2 D2 DB1 0 1 I/D C — — A1 A1 A1 D1 D1 DB0 1 S B — — A0 A0 A0 D0 D0
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4.1 实验开发板的主要电路资源
实验开发板的核心FPGA芯片是XILINX 公司的Spartan3E系列的XC3S500E- 4FG320C芯片。该FPGA芯片的规模为 50万门，共有320个管脚，其中有232个管脚可以由用户自己 定义。该芯片还包含两个XILINX公司的可编程芯片，一个 是CoolRunner-Ⅱ系列的CPLD芯片XC2C64A-5VQ44C，该芯 片共有64个宏单元，每个宏单元由乘积项和触发器组成，可 以实现组合逻辑和时序逻辑功能；另一个是XILINX 公司的 串行接口存储器XCF04S-VO20C，可以用于保存FPGA芯片 的配置信息。除了上述XILINX 公司的可编程芯片之外，还 包含以下几种主要芯片、电子元件和其它电路资源：
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图4-4 带按键的旋转开关
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图4-5 按键电路
第4章 Spartan-3E实验开发板 旋转开关电路如图4-6所示。由于开关A和开关B的一个 触点接地，另外两个分别接FPGA的I/O管脚，因此应该定义 FPGA的I/O管脚为带有上拉电阻的输入管脚。 旋转开关能够顺时针和反时针旋转，一圈设置了20个相 对稳定的位置，当开关处于这20个相对稳定的位置时，开关 A和开关B均处于闭合状态。旋转时，其中一个开关比另一 个开关先处于打开的状态，当顺时针旋转时信号A和信号B 的波形如图4-7所示。
第4章 Spartan-3E实验开发板 3．发光二极管 ． 实验开发板上设置了八个发光二极管LED，如图4-8所 示。
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图4-8 八个发光二极管
第4章 Spartan-3E实验开发板 八个发光二极管的电路如图4-9所示。发光二极管的阴 极接地，阳极通过390 的限流电阻接到FPGA的I/O管脚上， 要点亮一个发光二极管LED，相应的FPGA的I/O管脚应该输 出高电平。
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图4-11 FPGA与液晶显示屏LCD的接口电路
第4章 Spartan-3E实验开发板 接口信号说明见表4-1。 表4-1 接口信号说明
信号名称 SF_D<11> SF_D<10> SF_D<9> SF_D<8> LCD_E 连接 FPGA 的管脚 M15 P17 R16 R15 M18 数据位 DB7 数据位 DB6 数据位 DB5 数据位 DB4 读/写操作允许控制脉冲信号 0：禁止读/写操作 1：允许读/写操作 寄存器选择控制信号 LCD_RS M18 0：写操作期间写指令寄存器 1：读/写数据 读/写控制信号 LCD_RW L17 0：写，LCD 接收数据 1：读，LCD 输出数据 与 StrataFlash 芯片共享 总线信号 SF_D[11: 8] 功 能
第4章 Spartan-3E实验开发板 图4-16表示产生一个西洋跳棋盘图形位图时如何确定各 地址和数据。该自定义字符存储在第四个CG RAM字符位置 中，对应的DD RAM的位置是0X03。写自定义字符时，使 用设置CG RAM地址命令初始化CG RAM地址。前三行 (A5～A3)的地址位对应自定义字符位位置，后三行(A2～A0) 的地址位对应字符地址的行地址，写数据到CG RAM 或DD RAM命令用来写每个字符位行。“1”表示点亮，“0”表示 熄灭。只有低5位的数据被用到，高3位的数据为无关项。第 8行的数据位一般为0，一般对应光标的位置。
第4章 Spartan-3E实验开发板 FPGA芯片仅通过4位数据信号线和3位控制信号线与 LCD控制芯片进行通信。写入数据时，分两次输入到LCD控 制芯片中，高4位先送，低4位后送，如图4-11所示。为了防 止FPGA芯片I/O管脚驱动多个负载，导致负载过重的现象， 在连接SrtataFlsah I/O管脚的数据总线上串入了390 电阻。
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4.3.1 液晶显示屏控制芯片
控制芯片内部有三组存储器，分别为显示数据存储器 (DD RAM)、字符发生器存储器(CG ROM)和字符产生器存 储器(CG RAM)。
第4章 Spartan-3E实验开发板 1．DD RAM ． 数据存储器DD RAM存储了需要显示的字符编码，存储 在DD RAM中的字符编码与保存在CG ROM只读存储器中的 具体字符位图或存放在CG RAM随机存储器中用户自定义的 字符位图相对应。 液晶显示屏LCD分2行显示字符，每一行显示16个字符， 两行共32个字符，显示的字符位置与数据存储器DD RAM的 地址相对应。图4-12给出了显示器32位字符位置的默认地址。
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图4-10 按键电路
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4.3 液 晶 显 示 屏
实验开发板上设置了一个2行16字符液晶显示屏LCD， 液晶显示屏包含一个Sitronix ST7066U图形控制芯片，虽然 液晶显示屏控制芯片支持8位和4位数据总线与其它控制芯片 的两种通信模式，但是为了使FPGA芯片能够连接更多的其 它外围芯片，节约FPGA芯片的I/O管脚资源，尽可能少占用 FPGA芯片的管脚，通常采用与StrataFlash存储器芯片共用 FPGA的I/O管脚的方法。
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图4-2 四个拨动开关
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图4-3 四个拨动开关的连线图
第4章 Spartan-3E实验开发板 2. 带有按键的旋转开关 实验开发板设置了带有按键的旋转开关，如图4-4所示。 带有按键的旋转开关分为按键和旋转开关两部分，按键 电路如图4-5所示。
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图4-1 实验开发板
第4章 Spartan二极管和按键 实验开发板上的开关、
1. 拨动开关 实验开发板上设置了四个拨动开关，如图4-2所示。 图4-2中四个拨动开关所处的位置是接地的位置。 四个拨动开关有三个触点，其中两个分别接地和电源 (3.3 V)电压，其电路如图4-3所示。
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图4-6 旋转开关电路
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图4-7 顺时针旋转时的波形
第4章 Spartan-3E实验开发板 由于任何机械触点接触时都存在抖动现象，抖动现象有 可能导致错误判断旋转开关的旋转方向，一般开关的机械闭 合时间为2 ms，因此，为了正确地获取旋转开关的旋转方向， 必须采取消除抖动的措施。
第4章 Spartan-3E实验开发板 (1) 2行16字符液晶显示屏。 (2) 8个发光二极管。 (3) PS/2鼠标/键盘接口电路。 (4) 2个RS-232串行接口，实验开发板可以通过此接口 与计算机的串行接口进行通信。 (5) 50 MHz时钟电路，时钟信号接在XC3S500E的C9管 脚上，也预留了外接时钟信号的接口。 (6) 基于USB的FPGA/CPLD 下载接口电路。 (7) 拨动开关和带有按键的旋转开关。
第4章 Spartan-3E实验开发板 (8) 串行16 M位闪存，16 M字节(128 M位)闪存(16位数 据线)，64 M字节(512 M位) DDR SDRAM(16位数据线)。 (9) VGA 显示接口电路。 (10) 4个拨动开关，4个按键。 (11) 2输入串行模/数转换器(ADC)。 (12) 4通道串行数/模转换器(DAC)。 (13) 以太网接口电路。 该实验开发板如图4-1所示。
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图4-12 32位字符位置的默认地址
第4章 Spartan-3E实验开发板 数据存储器DD RAM的存储空间为2×40，液晶显示屏 第一行显示字符存储在地址0X00～0X0F之间，0X10～0X27 和0X50～0X67之间的地址用来存储其它非显示数据；第二 行的字符存储在地址0X40～0X4F之间，0X50～0X67之间的 地址用来存储其它不显示的数据。 执行左移指令时，显示内容左移，如图4-13所示。 执行右移指令时，显示内容右移，如图4-14所示。
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第4 章
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10
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实验开发板的主要电路资源 实验开发板上的开关、发光二极管和按键 实验开发板上的开关、 液晶显示屏 VGA显示接口 VGA显示接口 RS-232串行接口 RS-232串行接口 PS/2键盘接口 PS/2键盘接口 数/模转换电路 模/数转换电路 CPLD芯片XC2C64A CPLD芯片XC2C64A 芯片 存储器电路
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图4-16 CG RAM的一个图形位图
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4.3.2 液晶显示屏控制芯片的控制字
为了使液晶显示屏显示需要显示的字符，需要按照规定 的顺序将控制字写到液晶显示屏控制芯片中，液晶显示屏控 制芯片的控制字见表4-2。
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第4章 Spartan-3E实验开发板 如果LCD_E使能信号为低，则所有其它输入LCD信号 都不起作用。 液晶显示屏控制芯片的控制字功能如下： (1) 清屏。指令格式如下：