FPGA实验开发板的设计与研制_高立新
基于EDA的FPGA的实验开发板的设计与程序调试课程设计报告 推荐
专业课程设计报告课设名称：基于EDA的FPGA实验开发板的设计目录：1、设计任务及内容2、系统硬件设计（要求对系统每部分电路进行介绍）3、系统软件设计（画出程序流程图）4、系统调试5、课程设计总结6、参考文献7、附录（系统硬件原理图以及程序代码）一：设计任务及内容设计任务：基于EDA的FPGA的实验开发板的设计与程序调试。
设计内容：开发板底板和核心板原理图以及PCB的设计，程序的编写与下载调试。
二：系统硬件设计核心板部分1、电源部分：通过5V直流供电，经过电容滤波2、蜂鸣器部分：通过三极管驱动蜂鸣器，可以播放一些简单的音乐3、PS2键盘：可以用作一般通讯目的或者嵌入式系统和片上系统调试4、1602-12964LCD液晶显示屏：LCD模块接口，显示点阵为128x64；一种为T6963控制器的LCD模块5、串口：数据通信，提高数据传输速度6、VGA部分：VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口7、步进电机部分：通过编写程序可以控制步进电机的转速8、LED灯部分：可以通过vhdl语言编程来控制发光二极管按顺序依次点亮9、按键部分：10、数码管部分：11、双排底座：与核心板的链接部分核心板部分1、晶振部分：为芯片提供时钟信号2、排针部分与外部器件的连接部分3、电源部分：为芯片供电4、JTAG部分：与计算机进行数据通信，程序的下载5、核心芯片：FPGA核心部分，控制各模块的工作三：系统软件设计四：系统调试软件仿真：利用quartus2软件将编写好的程序进行时序仿真，得到波形图如下五课程设计总结通过这次课程设计，让我们学会了如何应用AD6这款软件进行原理图与PCB的绘制，期间遇到了很多困难，不过通过查询资料和咨询老师，我们最后还是能够基本上完成了任务。
通过这次课设，学会了很多东西，比如如何自己利用AD6绘制一个元器件，怎么利用AD6进行PCB正方面的设计，怎么布铜等等。
当然只是通过这次课设我们也学会了团队合作的重要性，组员之间分工明确，使得任务完成的更加轻松。
基于FPGA的集成电路设计专业及课程研究
第 ５期
高立 新 ，等 ：基 于 Ｆ ＧＡ 的集 成 电路 设计 专业及 课 程研 究 Ｐ
３ ９
结构 、行 为和功 能 ．利 用 设计 软件 工具 ，经 过 自 动综 合 转换 为 门级 电路 ，再用现 场 可编 程 门阵 列 Ｆ ＧＡ自动 布 局布 线 工 具 ，把 网 表转 换 为 要 实现 Ｐ 的具体 电路 结构 ． ２ ２ 可编程 逻 辑器 件 ． 可 编 程逻 辑 器 件 ，简 称 Ｐ Ｄ （ ｒｇａ Ｌ Ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ ｂｅ
集 成 电路 的速度 、功耗 、 干 等 －Ｅ ｌＡＳ Ｃ Ｊ Ｖ ｆ ４ ／ｌ Ｉ ｛ ｌ ： ｆ 』
版 图 设计工 具来 完成 ，必须考 虑 晶体 管版 图 的尺 寸 、位 置 、互连 线 等技 术细 节 ，并据 此确 定整 个 电路 的布局 布线 ，以使 设计 的 芯片 的性 能 、 面积 、
深 圳 职 业 技 术 学 院 学 报
２ １ 年第 ５期 ０１
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基 于 Ｆ Ｇ 的集成 电路 设计专 业及课 程研 究 ＰＡ
高立 新 ，程 龙 余 ２
（ ． 东 机 电职 业 技 术 学 院 信 息 工 程 学 院 ， 广 尔 广 州 ５ ０ １ ； ２ 杭 州 康 芯 电予 仃 限 公 Ｉ １广 １５ ５ ． ，浙 、 ＿０ １ ） Ｌ ｛ ０ 州 １ ２
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电路 制造 厂 家来 完成 ，一旦 设计 有误 ，将 导致 巨
FPGA实验开发板的设计与研制
电源 翁 入电麓 横块
备固定连线设计 ， 使得设备可扩展性受到一定 限制 ， 学生实 现创新设计实验 的空 间不大。另外 ， 实验箱功能 大而全 ， 价 格较高 ， 实验内容与课堂教学存在一定偏差。学生很难对实 验箱的认识深刻， 多功能单元得不到有效利用 ， 很 造成系统 资源的浪费 Ｊ 。 ２ ＦＧ ． Ｐ Ａ实验开发板 为解决上述实验箱存在的不 足， 需要研 制 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ实验开 发板 ， 主要针对以下方面进行研究 ：） １ 提高资源利用率： 了解 课程要求 ， 做到系统 的资源都 能够在实验中使用 ， 免利用 避 率很低 的冗余结构。２ 可扩展性与 自主设计实验 ： ） 采用开放 性设计 ， 使得系统不仅 可以基 于 自身资源完成多种实验 ， 而 且有完全的向外接 口， 可连接 其它电路实现联合实验开发 ， 提供充足的创新设计 空间。３ 合理价格 ： ） 自主设计 技术 方 案， 设计并批量生产 Ｐ Ｂ 有效降低成本。 Ｃ，
［ 文章编号］ ６ １ ８２ （０ ０ ０ ０ ３ ０ １７ — ０ Ｘ ２ １ ）５— ０ ３— ２
ＦＧ 实验开发板的设计与研制 ＰＡ
高立新
（ 东机 电职 业技术学院， 广 Ｉ ： ／ 广东 广州 ５０ １ ） １５５
［ 摘 要】 本文介绍 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ实验开发板 的研制， Ｆ Ｇ 该 Ｐ Ａ实验开发板克服 了实验箱固定连线设计 、 功能大而全的缺点 ， 具有 板上资源利用率高、 可扩展 、 便于 自主设计 、 价格合理等优点。 ［ 关键词 ］ Ｐ Ａ； Ｆ Ｇ 实验开发板 ；Ｐ ０４ Ｅ Ｍ７６ Ｓ ［ 中图分类号】 ［ 文献标 Ｆ Ｇ ． ＰＡ 随着芯片制造技术的发展 ， 电子产品所采用的元器件不 断更新换代 。当前 ， 可编程逻辑器件在电子产 品中得到广泛 应用。可编程逻辑器件是一种通用集成 电路 ， 英文全称为 ： Ｐｏｒｍ ａｌ Ｌｇ ｅｉ ， Ｐ Ｄ ｒ ａ ｍ ｂｅ ｏｉ Ｄ ｖ ｅ 即 Ｌ 。目前使用 最广 泛的可编 ｇ ｃ ｃ 程逻辑器件有两类 ： 现场可编程 门阵列（ ｉｄＰ ｇａ ａｌ Ｆｅ ｒ ｒ ｂ ｅ ｌ ｏ ｍｍ Ｇ ｔＡ ｒ ，Ｐ Ａ 和复杂可编程逻辑器件（ ｏ ｐ ｘＰ ｇａ ・ ａ ｒｙＦＧ ） ｅ ａ Ｃ ｍ ｌ ｒ ｍ ｅ ｏ ｒ ｍ ｂ ｇｃ ｅｉ ，Ｐ Ｄ … 。两者的功能基本相 同， ａｌ Ｌ ｉ Ｄ ｖ ｅＣ Ｌ ） ｅｏ ｃ 只是实 现原理略有不同， 以我们有 时可以忽 略这 两者的区别 ， 所 统 称为可编程逻辑器件或 Ｆ Ｇ 。用户可以通过对 Ｆ Ｇ ＰＡ Ｐ Ａ器件 进行编程来实现所需的逻辑功能。与专用集成 电路 Ａ Ｉ ＳＣ相 比，Ｐ Ａ具 有灵活性高 、 计周期短 、 ＦＧ 设 成本 低 、 风险小等优
FPGA开发板硬件设计方案070516
FPGA 开发板硬件设计方案引言在FPGA 选型报告中，我们阐明了产品用途和设计目标，列出了具体的规格需求并最终选定了Altera stratixII EP2S180F-1020作为FPGA 器件，本文将详细说明FPGA 整体设计方案。
一、 器件布局1、 器件总体布局图协同集团北京研发中心文档基本信息 文档级别 总页数 13 文档 名称FPGA 开发板硬件设计方案编制人 宋波 所在部门 硬件开发 审核人曹占生编制日期2007-6-8高速A/D 高速A/D 高速A/D 高速D/A U S B 2.0RS-232 扩展口24P i n扩展口24PinPOWER SUPPL Y: 16V大电流开关稳压器: 5V 、3.3V 、1.8V 、1.2V LDO: 2.8V DC/DC: 12V DC/DC: -5V高速A/D 高速D/A 高速D/A 高速D/A RJ45以太网 键盘音频A/D 音频A/D 音频D/A 音频D/ACMOS 摄像头串口LCDSD Card4X PCI-Express 接口D D R S D R A M 接口并口LCD FPGA EP2S180SRAMFLASHDDR SDRAMJTAG MICTOR 程控逻辑芯片Crystal U S B 2.0RS-232高密connector高密connector高密c o n n e c t o r高密c o n n e c t o rSD CardSharp LCD 扩展口24P i n2、器件总体布局考虑因素➢实用性：将各种应用接口布置在板边方便使用，包括高速A/D D/A的SMA端子、音频A/D D/A的RCA端子、摄像头Connector、LCD Connector、键盘接口、RJ-45接口、RS-232接口、USB2.0 OTG接口、CF Card(可选)、SD Card、Power supply端子、扩展口；PCI-e和DDR存储器接口可放置于板内。
FPGA实验开发板
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FPGA开发板DE2实验讲义[1]
![FPGA开发板DE2实验讲义[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/df38f267011ca300a6c3901f.png)
目录目录 (1)一FPGA的结构与原理 (2)二DE2开发平台 (4)2.1 DE2板上资源及硬件布局 (4)2.2 DE2原理 (5)2.3 DE2平台的开发环境 (7)2.4 DE2 开发板测试说明 (7)三FPGA设计流程 (10)3.1 QuartusⅡ设计流程概述 (10)3.2 用QuartusⅡ完成FPGA设计的实例 (12)四嵌入式系统设计 (17)4.1 NiosII简介 (17)4.2 NiosII系统的基本开发流程 (18)五实验内容 (20)实验一多路数据选择器 (20)实验二七段数码管显示译码器 (21)实验三嵌入式LED 实验 (22)六附录表DE2平台的引脚分配表 (27)一FPGA的结构与原理FPGA(现场可编程门阵列)最常用的结构是查找表（Look-Up-Table,LUT）结构，如Altera 的ACEX、APEX、Cyclone、Cyclone II系列和Xilinx的Spartan、Virtex系列等。
这里以Cyclone II系列FPGA为例来说明。
逻辑单元（Logic Element,LE）是构成FPGA 的基本单位之一，一个LE主要由一个4输入的LUT、一个寄存器及进位和互联逻辑组成。
LUT本质上是一个RAM。
目前FPGA中多使用4输入的LUT，即一个LUT可以看成有4位地址线的16×1的RAM。
当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，FPGA 开发软件会自动计算逻辑电路所有可能的结果，并把结果事先写入RAM，这样每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
也可以把它当作一个4输入的函数发生器，能够实现4变量输入的所有逻辑。
图1- 1是Cyclone II系列FPGA的一个LE的普通工作模式原理图。
FPGA的基本单元一般为一个4输入查找表后接一个寄存器。
图1- 1 Cyclone II系列FPGA的LE结构表1- 1为一个4输入与门的例子。
《FPGA设计与应用》熟悉开发板和VIVADO软件实验一
《FPGA设计与应用》熟悉开发板和VIVADO软件实验一、实验目的和要求1．熟悉 VIVADO 的开发环境；2．认识 EGO1 开发板；3．掌握在 VIVADO 环境下运用 Verilog HDL 语言的编程开发流程，包括源程序的编写、编译、模拟仿真及程序下载。
二、实验内容1． VIVADO 环境下源程序的编写、编译2．模拟仿真3．程序下载三、实验要求1．在 VIVADO 环境下完成对简单电路工作情况的仿真模拟；2．完成配置程序的下载，并在 EGO1 开发板上对程序进行最终验证。
四、操作方法与实验步骤1、在 VIVADO 环境下的编程开发流程(1) 启动 VIVADO。
(2) 利用向导，建立一个新项目。
●在New Project菜单中点击Next。
●填写所要新建的工程名。
如这里的工程名：Project_1，工程所在位置：D:/FPGA/Vivado/my_proj，然后点击Next。
●选择创建RTL Project，勾选Do not specify source at this time,跳过添加文件步骤，选择完成后点击Next进入下一步。
●器件的选择是和实验平台的硬件相关的，根据我们的 EGO1 实验开发板，它使用的是 xc7a35tcsg324-1 的器件，找到相应的器件。
●在New Project Summary界面检查新建的设计内容是否符合我们需求，确认无误后，点击Finish完成。
●点击Finish后自动进入创建完毕后的空白工程。
●VIVADO 中包含完整的文本编辑程序（Text Editor），在此用 Verilog HDL来编写源程序。
新建一个 Verilog HDL 文件，可以通过右击 Design sourse 选择 Add Sourse。
●选择Create Files输入led_1，点击OK，确认led_1.v添加进去后，选择Finish完成设计文件添加。
●创建完成点击 Finish●填写模块名称和端口，对于本实验来说不填影响不大。
FPGA开发板硬件设计方案070516
FPGA开发板硬件设计方案070516FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可重新配置的集成电路芯片，可用于实现各种数字逻辑功能。
FPGA开发板是用于学习、开发和验证FPGA设计的硬件平台。
本文将介绍一个FPGA开发板的硬件设计方案，包括主要组成部分和详细设计考虑。
1.FPGA选型：首先需要选择适合项目需求的FPGA芯片。
选择FPGA时需要考虑项目的计算需求、I/O需求、资源使用和成本等因素。
常用的FPGA厂商有Xilinx和Altera，选型时可以根据具体项目需求选择适合的系列和型号。
2.主要组成部分：一个基本的FPGA开发板通常包括以下主要组成部分：-FPGA芯片：用于实现项目的数字逻辑功能。
-存储器：用于存储程序和数据。
通常包括片上存储器和外部存储器，如DDR3/DDR4SDRAM等。
-时钟源：提供时钟信号以驱动FPGA芯片。
-外部接口：包括GPIO、UART、SPI、I2C、以太网口、HDMI等，用于与外部设备通信。
-电源模块：提供稳定的电源供电，包括可切换的电源电压和电流限制功能。
-JTAG接口：用于将开发板与开发工具连接，进行烧录和调试操作。
-显示屏：用于在开发板上显示信息。
3.详细设计考虑：在设计FPGA开发板时，还需要考虑以下方面的详细设计：-时钟设计：需要设计合适的时钟源，提供稳定的时钟信号。
可以选择使用晶振或者外部时钟源，同时需要考虑时钟的分频、倍频和时钟分配等。
-电源设计：需要设计稳定的电源供应模块，包括电源电压和电流的限制，以及电源滤波和短路保护等。
-外部接口设计：根据项目需求选择合适的外部接口，并进行相应的接口电路设计和信号匹配。
-存储器设计：根据计算需求选择适当的存储器类型，并进行存储器接口电路设计和时序优化。
-PCB布局设计：需要进行合理的PCB布局设计，以保证信号完整性和电磁兼容性。
可以根据芯片数据手册和设计指南来进行布局。
-仿真和验证：设计完成后需要进行仿真和验证，确保FPGA开发板按照设计要求正常工作。
怎样自制最经济简单的FPGA开发板
怎样自制最经济简单的FPGA开发板--看到的好东西FPGA 和单片机近期的技术发展，给设计人员提供了极其开阔的舞台．先说FPGA，现在最简单的开发系统是：一块FPGA(CPLD)芯片（最好带个插座）一根下载线一块普通实验板一块自制电源板（也可以与FPGA做在一个板子上）再加一台电脑，免费的下载元件就可以自制开发板并搭建起自己的实验开发平台具体举例材料清单：１．FPGA(CPLD)芯片Xilinx XC9536xl 单价不到１０元（选PLCC４４封装的，加一个插座１－２元）２．Xilinx下载线（FPGA的并口下载线一般都是３０－５０元）（一般是１０头输出，要买一个相应的插座，双排插针也可）３．一块单孔实验板（１０元以内）４．三端稳压块（３．３V，１－２元)５．９V的整流器（１０元）６．其他电源插座开关，滤波电容等（５元）以内７．Xilinx ISE WAB版开发软件（免费下载）８．可以买一些LED, 按钮开关等等以上成本合计不到１００元，你就可以开始设计调试你自己的FPGA模块了具体做法１．电源是必不可少的，用三端稳压块做电源极其简单（建议做成单独的电源板，地线问题和滤波比较有讲究，初期可先忽略，但在产品开发时是第一要务）２．把FPGA的插座焊接到单孔（焊盘互不相连）的实验版上３．把十针插座或５组双排针焊接在实验板上４．根据产品手册，把FPGA的电源和地线连接好（养成一个遇到电源就加去耦合电容的好习惯，典型的0.1u)５．根据产品手册，把FPGA的TDI, TDO, TMS, TCK四条线与下载线插座上的相应插针相连同时把插座上注明的电源和地也连上（大概７条线）６．把芯片放入插座中，把下载线连接好（计算机并口到插座）电源上电７．可以直接进入ISP对FPGA进行编程和下载８．编程下载完成后，摘掉下载线，你的FPGA开发板（同时也是工作板）就可以直接工作了以上就是最简单的入门流程，成本不超过１００元，时间也就半天FPGA开发就入门了至于你如何用Vertex-5系列去开发１０G的加串解串应用（现在最热门）那就是专业知识的问题了ISE的应用也极其简单大概步骤是：１．设立工程：指定芯片及输入输出口（不用指定位置）２．编程：有软件基础的可用Verilog语言，它类似C语言的风格有硬件基础的可以用VHDL语言，免得要学太多的语言规范３．软件模块调试：主要是语法检查（编译通过就OK)４．整合：分两步，系统检查的软件模块能否在该芯片上实现５．仿真：可以方便地设定输入条件（时序的），查看仿真结果６．约束：确定信号传输的时序关系（主要是延迟）要求指定输入输出管脚的实际位置７．生成代码：自动完成８．下载若是FPGA芯片，存在一个配置问题，对于CPLD芯片来讲，下载完成就一切OK了你可以验证设计，验证无误后，拔掉下载线板子就完成了CPLD在系统调试中作用很大，如简化布线，电平转换，实现一些组合逻辑和时序逻辑等等．CPLD芯片有３．３V和５V的，在早期搭建电路时，可选PLCC加插座便于手工焊接测试，做测试板时可选表面贴装的FPGA（CPLD)入门简单，可发展空间巨大，需求强劲，特别建议大家快速掌握，尽快投入产品开发现在的产品开发包括四大块：接口模块（应用接口，一般选用专用芯片）连接处理逻辑（FPGA)高速数据处理（DSP）（可以在FPGA内实现）控制和人机界面（核心是单片机，也可在FPGA内实现）类似的单片机开发板也有，也是一个芯片加一个插座就搞定不需要晶振存储等外围部件，真正的单片机若大家有兴趣可以另做介绍！初次与大家见面，有礼总是好交朋友，希望多多交流！！！。
FPGA综合实验开发板实用指南
FPGA综合实验开发板实用指南目录一、开发板概述 (1)1.1开发板结构框图 (1)1.2开发板实物照片 (1)1.3 JTAG接口信号分配图 (2)1.4 FPGA配置模式 (2)1.5 FPGA芯片的片外时钟源 (4)1.6 实验板的测试用引脚 (4)1.7 实验板的电源开关 (4)1.8 实验板的标准配件 (4)二、开发板主要资源 (5)2.1矩阵键盘 (5)2.2独立按键 (5)2.3 LED数码管 (6)2.4 发光LED阵列 (6)2.5 串口 (7)2.6 片外SRAM (7)2.7 蜂鸣器 (7)2.8 耳机插孔 (7)2.9 USB声卡 (8)2.10 JP4引脚 (8)2.11排针引脚 (8)2.12 Pdone引脚 (8)附录一：FPGA管脚分配表 (9)附录二、FPGA综合实验开发板实物照片 (11)电子科技大学VLSI设计中心2010年5月12日一、开发板概述 1.1开发板结构框图图1. 综合实验开发板结构框图1.2开发板实物照片5V 直流电源接口图2. 综合实验开发板实物照片FPGA 芯片型号：Xilinx 公司Spartan-3系列xc3s200 PQ208-4c PROM 芯片型号：xcf02s应用开发工具：Xilinx 公司的ISE （推荐7.1i 及以上版本）电源开关耳机插孔USB 接口片外 SRAM 串口JTAG 接口 独立按键 矩阵 键盘LED 数码管发光LED 阵列 用户自定义 FPGA 引脚 FPGA芯片 FPGA 配置模式 选择开关 蜂鸣器VDD 5V 3.3VGND1.3 JTAG 接口信号分配图图3. 实验板的JTAG 下载接口信号分配图1.4 FPGA 配置模式Spartan-3的配置模式如下表所示。
表中M2、M1、M0为模式选择的配置管脚。
配置管脚的PCB 原理图及PCB 实物图分别如图4所示。
图4中右边PCB 实物图拨码开关S23，当拨码开关拨至下方（OFF ）时为‘1’，拨码开关拨至上方（ON ）时为‘0’。
FPGA实验教学平台的设计与开发
FPGA实验教学平台的设计与开发FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种集成电路芯片，可以通过编程来实现各种逻辑功能以及数字信号处理功能。
FPGA实验是数字电路和系统设计课程的重要内容，通过实验可以帮助学生理解数字电路原理、掌握FPGA编程技术以及培养团队合作能力。
因此，设计一个FPGA实验教学平台是非常有意义的。
一、平台功能设计：1.实验项目管理：平台需要具备实验项目管理的功能，学生可以根据课程内容选择不同的实验项目，并记录实验过程以及实验结果。
2.FPGA开发环境：平台需要提供FPGA开发环境，包括综合工具、布局布线工具、仿真工具等，学生可以通过平台进行FPGA编程、调试和验证。
3.实验指导：平台需要提供实验指导，包括实验原理介绍、实验步骤、实验要求等，帮助学生顺利完成实验。
4.实时监控和数据分析：平台需要实时监控FPGA运行状态，实现对FPGA内部信号的采集、显示和分析，帮助学生理解数字信号处理过程。
5.团队合作：平台需要支持多人同时在线操作，支持实验数据共享和团队合作，培养学生的团队合作能力。
6.实验评估：平台需要提供实验评估功能，包括实验报告提交、教师评分、实验成绩查询等，帮助学生及时反馈实验结果。
二、平台技术设计：1. 前端技术：平台前端可以采用Web技术，包括HTML、CSS、JavaScript等，实现用户界面的设计和交互功能。
2. 后端技术：平台后端可以采用Java、Python等编程语言，实现实验项目管理、FPGA编程、实时监控和数据分析等功能。
3.数据库设计：平台需要设计数据库用于存储用户信息、实验项目信息、实验数据以及实验评估结果。
4.通讯技术：平台需要使用网络通讯技术，实现多人在线操作和实验数据共享功能。
5.安全性设计：平台需要考虑用户权限管理、数据传输加密等安全问题，确保平台运行安全稳定。
三、平台开发流程：1.需求分析：分析教学需求，确定平台功能和技术要求。
基于ep2c8的fpga教学实验板设计与实现
基于ep2c8的fpga教学实验板设计与实现下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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通用高性能标准FPGA处理板的设计与应用的开题报告
通用高性能标准FPGA处理板的设计与应用的开题报告一、选题背景与意义随着计算机技术和数字信号处理技术的不断进步，FPGA（Field-programmable Gate Array）应运而生。
FPGA具有可重构性、高灵活性以及高性能等特点，逐渐成为数字信号处理、通信、控制等领域的关键技术之一。
而通用高性能标准FPGA处理板的设计与应用则是在FPGA技术研究和应用推广的背景下逐渐兴起的领域，其目标是为各种基于FPGA 的应用提供一种通用高性能处理平台，以提高应用系统的性能和灵活性。
因此，本课题的开发和研究具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究目的和内容本课题旨在研究并设计一种通用高性能标准FPGA处理板，该处理板能够满足各种基于FPGA的应用需求，并提供良好的性能和灵活性。
具体研究内容包括：1、对各种FPGA芯片的特点和性能进行调研和评估，选择合适的FPGA芯片作为处理板的核心。
2、设计基于PCB的硬件电路，包括各种主控芯片、时钟电路、存储电路、通信电路等。
3、设计并实现板载各类接口，包括USB、以太网、SD卡、HDMI等接口。
4、编写处理板的驱动程序，并测试其与FPGA的通信和控制功能。
5、开发基于处理板的应用软件，包括数字信号处理、通信、控制等方面的应用。
6、对处理板的性能和可靠性进行全面测试，确定其在各种应用场景下的适用性和效果。
三、研究方法和计划本研究采用理论研究和实验研究相结合的方法，具体计划如下：1、对FPGA技术的基础知识进行深入学习和理论研究，并根据实际需求选择合适的FPGA芯片作为处理板的核心。
2、针对处理板的硬件电路设计，在Altium Designer软件平台上进行电路原理图和PCB板图的设计，并制作板样。
3、完成处理板的硬件调试和测试，确保各接口正常工作，与FPGA 芯片相互通信无误。
4、编写处理板的底层驱动程序，包括FPGA芯片与处理板各接口的驱动，确保底层通信正常。
5、针对不同的应用场景需求，研究并开发相应的应用软件，如数字信号处理、通信、控制等。
科技创新结题报告《基于fpga多功能实验测试开发板》
1 课题研究目的基于FPGA多功能试验开发板，主要功能是利用FPGA处理模块实现对逻辑门电路的调试。
本项目能提供I/O接口的多组输入输出端，应用AD转换器实现模拟信号向数字信号的转换、同时具有调整输入频率、差分信号的处理等等辅助功能。
FPGA即现场可编程逻辑门阵列，他是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线（Internetconect）三个部分。
可以支持一片PROM编辑多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。
FPGA具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及使用范围宽等优点，兼容了PLD和通用门阵列优点，可以实现较大规模的电路，编程也很灵活。
2 课题背景本项目主要针对在校大学生在逻辑门电路的设计过程中所遇到的问题而设，经调查得知市场上现有的FPGA学习板不是功能过于单一，就是将FPGA与实验电路集成一体，当学习遇到一定程度并初步具备自主设计能力的时候，这样的学习板显然已经不能满足进一步学习的要求。
本项目将采用FPGA核心板与实验板相分离的结构，核心板主要FPGA芯片和电源、配置芯片和计数器组成，即FPGA的最小系统组成，配有多组的空闲的输入输出端子，并都以核心板的插针引出。
当学生初步具备自主设计能力的时候，可以自主设计实现更复杂功能的实验板，并将核心板插接到自主设计的实验板插座上，即可利用FPGA的所有I/O来组装自己的电路。
3 课题研究主要内容3.1数据采集系统总体设计本实验板能对三路模拟信号和四路光栅信号进行高速同步数据采集，同时预留了20路可扩展I/O接口，并且预留了与计算机可进行通讯的PCI总线接口，方便扩展。
实验一+DE1开发板认识实验
实验一FPGA开发板认识实验姓名：学号：班级：日期：一、实验目的和要求1、熟悉台湾友晶公司FPGA 编程和学习用开发板DE1的基本原理和结构2、安装FPGA开发环境Quartus II和DE1驱动程序3、通过控制面板工具初步了解FPGA配置文件的下载过程并调试DE1的各部分功能二、实验环境1、PC机，Pentium 4 2.0G以上，内存1G以上，硬盘500G以上，1024×768彩显，USB接口，网络接口，串口。
2、友晶DE1开发板和相关配件。
3、软件：Windows XP或者Windows 7操作系统，DE1配套光盘。
三、实验内容1、阅读DE1基本文档和用户手册，了解开发板结构和组成。
2、DE1光盘软件的安装，主要是正确安装QutartusII7.2，建立FPGA开发环境。
3、主机上USB-Blaster 的驱动安装。
4、使用QutartusII7.2的下载功能，下载控制面板配置文件到DE1中，并使用主机上运行的控制面板程序对DE1的各部分进行控制。
四、实验步骤1、实验前提前下载配套光盘目录 \DE1_user_manual中的三篇文档：DE1_introduction_box.pdfGetting Started with Altera DE1.pdfDE1_UserManual_v1018.pdf认真阅读，实验第一步即是对照开发板实物做进一步认识。
2、按照DE1_introduction_box.pdf中Installing the Software要求运行DE1光盘软件安装部分，安装Quartus II开发工具和其他软件。
3、将 DE1 实验平台的Blaster 接口(开发板上部最左边)接好USB 连接线，插头插入主机的USB 接口。
按照Getting Started with Altera’s DE1 Board文档中的指导安装USB-Blaster设备的驱动程序。
这个设备是连接开发板和开发工具的唯一纽带，配置文件的下载和JTAG接口编程均通过USB-Blaster完成。
基于FPGA多功能试验测试开发板
光栅模块
FIFO读写控制
2021/4/8
88
2.4.1 FPGA控制逻辑—AD模块
2021/4/8
MAX195 A/D转换控制模块
99
时钟分频功能仿真图
2021/4/8
10 10
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉 、心、肺、肾等多脏器严重损害 的，全身性疾病，而且不少患者 同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表 现如下：
PCI 接口 芯片 (PCI9052)
FIFO (IDT7206)
2021/4/8
硬件电路总体设计框图
计 算 机
44
2.1 硬件设计—测头信号A/D转换
输入 输出
光耦
A/D转D换S1器233 MAX195
位数 16bit 输出方式 串行 最大速度 85ksps(1.7M)
REF 4.096V AIN 0~REF 转换方式 异步、同步
1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
11
2.4.2 FPGA控制逻辑—光栅模块
数字 滤波
细分 辨向
可逆 计数
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12 12
（1）光栅信号数字滤波
2021/4/8
光栅信号数字滤波逻辑实现
本实验板将预留多组I/O接口
2021/4/8
33
2 项目的主要研究内容
信号 调理
ADC(MAX195) AD 测头 信号
四路 光栅 信号
FPGA （EP1C）
测头 数据 采集
地址 译码
采样 频率 控制
基于FPGA的多功能实验板的设计与实现
基于FPGA的多功能实验板的设计与实现
梁迎春;吴海涛
【期刊名称】《肇庆学院学报》
【年(卷),期】2008(029)002
【摘要】设计和实现了一个Altera FPGA的Cyclone器件EP1C6Q240C8为拔心的多功能实验板.它分为核心板和扩展板,用户可以结合QuartusⅡ集成开发环境,使用VHDL语言、Verilog HDL语言或原理图,进行编辑、综合和仿真,通过本实验开发板加载配置并进行设计验证.经过测试验证了实验板的可行性和稳定性,能够满足教学和科研的需要.
【总页数】3页(P40-42)
【作者】梁迎春;吴海涛
【作者单位】肇庆学院,电子信息与机电工程学院,广东,肇庆,526061;肇庆学院,电子信息与机电工程学院,广东,肇庆,526061
【正文语种】中文
【中图分类】TN702
【相关文献】
1.基于FPGA与单片机的多功能信号发生器的设计与实现 [J], 宗接华;赵春红;王超
2.基于EP2C8的FPGA教学实验板设计与实现 [J], 程飞龙;张秀娟
3.基于STM32和FPGA的多功能虚拟仪器的设计与实现 [J], 廖国欣;李琼;龙家静;宋思明;孙仰斌
4.基于FPGA的多功能数字钟的设计与实现 [J], 吴小红
5.基于80C486处理器的多功能实验板的设计与实现 [J], 郑永龙;孔祥东
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X U E B A O[文章编号]1671-802X (2010)05-0033-02F PG A 实验开发板的设计与研制高立新＊[收稿日期]2010-07-21 [作者简介]高立新(1967-),男,河南南阳人,硕士,高级工程师,研究方向:电子电路和E D A 方面的研究。
[基金项目]广东机电职业技术学院2008年教科研一类项目“F P G A 实验开发板研制”(Y J 2008-23)。
(广东机电职业技术学院,广东广州510515)[摘 要]本文介绍F P G A 实验开发板的研制,该F P G A 实验开发板克服了实验箱固定连线设计、功能大而全的缺点,具有板上资源利用率高、可扩展、便于自主设计、价格合理等优点。
[关键词]F P G A ;实验开发板;E P M 7064S [中图分类号][文献标识码]1.引言1.1可编程逻辑器件F P G A随着芯片制造技术的发展,电子产品所采用的元器件不断更新换代。
当前,可编程逻辑器件在电子产品中得到广泛应用。
可编程逻辑器件是一种通用集成电路,英文全称为:P r o g r a m m a b l e L o g i c D e v i c e ,即P L D 。
目前使用最广泛的可编程逻辑器件有两类:现场可编程门阵列(F i e l dP r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y ,F P G A )和复杂可编程逻辑器件(C o m p l e xP r o g r a m -m a b l e L o g i c D e v i c e ,C P L D )[1]。
两者的功能基本相同,只是实现原理略有不同,所以我们有时可以忽略这两者的区别,统称为可编程逻辑器件或F P G A 。
用户可以通过对F P G A 器件进行编程来实现所需的逻辑功能。
与专用集成电路A S I C 相比,F P G A 具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势,因而得到了广泛应用[2]。
1.2F P G A 实验设备为了适应电子工业发展的需求,国内的高校陆续开设了硬件语言、E D A 电子设计等课程,并配套可编程逻辑器件实验,实验设备一般采用F P G A 实验箱的形式。
但是实验箱设备固定连线设计,使得设备可扩展性受到一定限制,学生实现创新设计实验的空间不大。
另外,实验箱功能大而全,价格较高,实验内容与课堂教学存在一定偏差。
学生很难对实验箱的认识深刻,很多功能单元得不到有效利用,造成系统资源的浪费[3]。
2.F P G A 实验开发板为解决上述实验箱存在的不足,需要研制F P G A 实验开发板,主要针对以下方面进行研究:1)提高资源利用率:了解课程要求,做到系统的资源都能够在实验中使用,避免利用率很低的冗余结构。
2)可扩展性与自主设计实验:采用开放性设计,使得系统不仅可以基于自身资源完成多种实验,而且有完全的向外接口,可连接其它电路实现联合实验开发,提供充足的创新设计空间。
3)合理价格:自主设计技术方案,设计并批量生产P C B ,有效降低成本。
2.1F P G A 芯片选取目前生产F P G A 的公司主要有X i l i n x 、A l t e r a 等,在中国市场,以A l t e r a 的产品为主[1]。
本F P G A 实验开发板是采用A l t e r a 公司传统的M A X 7000系列的E P M 7064S 芯片,兼容E P M 7064A/E P M 7064B /E P M 7032S /E P M 7032A /E P M 7032B 等芯片。
F PG A 实验开发板采用的E P M 7064S 芯片,芯片总共有44个引脚,包括I /O 接口管脚和专用管脚,其中专用引脚又分为电源供电管脚、程序下载管脚和全局控制管脚三类[4]。
E P M 7064S 性能指标如下:内含1250逻辑门单元,3.3V 或5.0V 的工作电压,44管脚,支持5.0V I S P(i n-s y s t e mp r o g r a m m a b i l i t y )在线下载[4]。
2.2F P G A 实验开发板组成F P G A 实验开发板包括:可编程逻辑芯片E P M 7064S 部分、并口下载器B y t e b l a s t e r M V 部分、时钟电路和有源晶振高速时钟部分、数码管及发光二极管显示和按键输入部分、电源输入电路部分、I /O 口外接单元扩展口部分,如图1所示。
图1 F P G A 实验开发板框图F PG A 实验开发板采用J T A G 下载模式,采用A l t e r 公司的B y t e B l a s t e r 下载电路,有时钟信号(T C K )、状态控制(T M S )、数据输入(T D I )和数据输出(T D O )四路信号[4]。
计算机25芯标准并口与J T A G 10芯下载接口连接,计算机25芯并口第15脚接电源,第18脚至第25脚接地,第2脚接J T A G 下载接口的T C K ,第3脚接T M S ,第8脚接T D I ,第112010年第5期第9卷(总第50期)安徽电子信息职业技术学院学报J O U R N A L O F A N H U I V O C A T I O N A L C O L L E C EO F E L E C T R O N I C S ＆I N F O R M A T I O NT E C H N O L O G Y N o .52010G e n e r a l N o .50V o l .9X U E B A O 脚接T D O 。
采用74H C 244芯片作为缓存,当控制端为高电平时,输出呈高阻态;当控制端为低电平时,输出数据到F P G A 芯片。
晶体振荡器时钟电路和有源晶振高速时钟用于产生频率稳定的时钟信号供F P G A 实现时序功能时使用,同时还可以为其它实验提供多种时序信号。
晶体振荡器时钟电路是将32768H z 无源晶振、阻容元件配合产生时钟信号,接至C D 4060时钟输入端,芯片C D 4060是14级二进制计数/分频器,它对输入的时钟信号进行多级分频并输出,通过跳接选择其中一路时钟信号输出。
另外,采用有源晶振,产生50M H z 高速时钟脉冲信号。
按键输入电路连接F P G A 芯片I /O 管脚,提供输入信号,F P G A 芯片输出信号驱动数码管、发光二极管显示设备。
F PG A 实验开发板连接5V 直流电源,通过电源输入电路供电。
I /O 口外接单元扩展口把芯片的所有I /O 脚都引出,可以连接其它应用电路(如按键输入模块、液晶显示、A D C /D A C 、控制输出等)。
2.3F P G A 实验开发板P C B F P G A 实验开发板P C B 采用双面板设计[5]。
F P G A 芯片是整个实验开发板的核心,放置在P C B 板中心位置,与其它功能单元之间的连线基本呈放射形,减少了连线相互交错的情况。
而且,连线距离短。
芯片采用了P L C C 封装,并使用芯片插座,这样,用户可以灵活的按需求选用芯片和安装。
将P C B 板划分为上下三排,第一排为显示单元,由左至右依次是:电源输入、四个发光二极管显示、八位数码管显示;第二排为F P G A 核心单元及部分功能单元,从左至右依次是:下载电路、F P G A 芯片、有源晶振、时钟电路;时钟源电路位于在F P G A 芯片右侧,也是板子的最右侧,距离F P G A 芯片较近,且远离其它单元,减少高频时钟脉冲对其它单元电路造成电气干扰;第三排为按键输入单元。
I /O 口外接插排在F P G A 芯片的四周。
电源和接地布线线宽设置为50m i l ,其它导线线宽20m i l 。
间距均大于10m i l ,全部采用手工布线,保证线宽、线距、布通导线。
在P C B 板顶层和底层进行了铺铜,并将铺铜与地连接在一起。
这样既可以屏蔽高频信号的干扰,又使得系统在工作时能够较好地散热。
2.4制作F P G A 实验开发板加工制作出的F P G A 实验控制板P C B 板,插接元器件后的F P G A 实验控制板P C B 如图2所示。
2.5F P G A 实验开发板实验开发项目F P G A 实验开发板可以使用Q u a r t u e s I I 集成开发环境来完成设计,适合于V H D L 、V e r i l o g 硬件语言。
可以完成课程配套实验:非门设计、二四多选器设计、七段译码显示驱动器、D 触发器、计数器、流水灯、数码管扫描、汉字显示、数字频率计[1]。
除了实验外,F P G A 实验开发板可以完成等精度频率计、任意波形信号发生器等大学生电子设计竞赛F P G A部分开发项目[6]。
3.F P G A 实验开发板研制特点及展望3.1F P G A 芯片输出直接驱动发光二极管和数码管,没有采用了控制三极管来驱动。
这样,电路简单,但F P G A 芯片要输出较大电流,长时间工作,芯片发热。
实验开发板显图2 F P G A 实验开发板示主要是来验证程序正确,真正的输出是通过I /O 插排,连接到其它电路板,所以采用直接驱动。
3.2对数码管加装了拨码开关,在不需要数码管显示时,将开关断开,避免F P G A 芯片的I /O 管脚复用时,点亮数码管。
3.3按键开关是点触式开关,电路简单,但无法满足提供持续的高电平或低电平信号。
但是,如果增加状态锁存,导致电路复杂。
F P G A 实验开发板的按键输入只是验证程序的暂时输入,真正的输入是通过I /O 插排,来自其它电路板,所以不增加状态锁存。
3.4系统中元件全部采用分立元件布局,所需要占用的P C B 板面积较大,相对增加了系统的制造成本。
可以将分立元件更换为贴片元件,既能降低系统成本,又能减小P C B 板面积。
4.结束语本设计F P G A 实验开发板既满足课程实验的要求,又能满足电子竞赛创新设计要求。
价格合理,经过一年多的实验和电子设计竞赛使用,F P G A 实验开发板工作稳定,学生反映良好。
[参考文献][1]潘松.E D A 技术实用教程[M].(第3版).北京:科学出版社,2008.[2]高立新.基于F P G A 的集成电路设计专业方向研究[J ].广州:广东机电职业技术学院学报,2007,(1):49-52.[3]元科.基于单片机和C P L D 的综合性创新性实验系统研制[D ].武汉:武汉理工大学硕士学位论文,2008.[4]A L T E R A 公司.M A X 7000系列E P M 7064S 芯片[E B /O L ].h t t p ://w w w .a l t e r a .c o m .c n /p r o d u c t s /d e v i c e s /d e v -i n -d e x .j s p ,2006-4-20.[5]高立新.P r o t e l D X P 2004电子C A D 教程[M ].北京:科学出版社,2010.[6]杭州康芯电子公司.大学生电子设计大赛产品展示[E B /O L ].h t t p ://w w w .k x -s o c .c o m/p r o d u c t s .a s p ,2008-10-20.34技术园地高立新———F P G A 实验开发板的设计与研制第5期。