基于arm7与fpga的多路时序控制系统-fpga模块设计-中期报告

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1、西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)中期报告题目：基于ARM7与FPGA的多路时序控制系统-FPGA模块设计院（系）电子信息系专业通信工程班级B090310姓名马佳妮学号B09031040导师王鹏2013年03月25日一.设计（论文）进展状况1．主要研究内容及方案本课题主要研究多路时序控制系统，其中多路时序控制系统的核心是延时仪，它是多通道、多时间范围的同步控制设备，系统以外触发信号为基准进行延时，依次输出电平信号或开关信号进行控制，主要用于多台测试设备的启动控制。上位机用来设置系统参数，通讯控制模块在的控制下,将网口信号转换成串口信号,把从上位机收到的数据送入

2、FPGA。FPGA被触发以后，完成同步时序控制。我主要负责FPGA的外围设计，以及FPGA与ARM7的接口设计与程序设计。基本要求如下：(1)熟悉整个控制系统的系统原理；(2)熟悉QuartusII5.1集成开发环境的使用；(3)利用Protel99完成系统FPGA模块的硬件设计；(4)利用硬件描述语言VerilogHDL语言完成FPGA模块的软件设计；(5)完成FPGA模块的调试及与整个多路时序控制系统的联调。2．设计进展情况根据前期的任务安排，在这段时间内主要学习了使用Protel99软件对FPGA的外围电路设计，对FPGA芯片EP1C12Q240C8的工作原理及硬

3、件原理有了进一步的认识和掌握。到目前为止系统的整体结构设计已经完成，部分模块介绍如下。(1)FPGA部分在制作FPGA芯片系统整体原理图时，FPGA采用Altera公司的Cyclone系统的EP1C12Q240C8款芯片进行设计。由于FPGA芯片共有240个引脚，较多的引脚可能在原理图制作过程产生一定的不便，所以将FPGA芯片分成了四个部分，分为I/O引脚模块，部分特殊引脚模块，电源与接地引脚模块，时钟引脚模块。图1为FPGAI/O引脚模块。I/O，ASDO：串行数据输出，连接到配置器件的ASDI管脚。I/O，nCSO：片选信号输出，连接到配置器件的nCS管脚。图1FP

4、GAI/O引脚模块图2为FPGA特殊引脚模块。DATA0：串行数据输入，连接到配置器件的串行数据输出管脚。DCLK：串行时钟输出，为配置器件提供串行时钟。nCE：下载链器件始能输入，连接到上一个器件的nCEO，下载链的最后一个器件nCE接地。nCONFIG：用户模式配置起始信号。nCEO：下载链期间始能输出，在一条下载链中，当第一个器件配置完成后，此信号将始能下一个器件开始进行配置。下载链上最后一个器件的nCEO悬空。nSTATUS：配置状态信号。CONE_DONE：专用的配置状态脚。MSEL[1:0]：用于选择配置模式，00表示AS模式，10表示PS模式，01表示FA

5、STAS模式。TCK：测试时钟信号。TDI：传输驱动程序接口。TDO：测试数据输出。TMS：传输测试器。图2FPGA特殊引脚模块图3为FPGA电源与接地引脚模块。VCCINT：内核电压，130nm为1.5V，90nm为1.2V。VCCIO：端口电压，一般为3.3V，还可以支持多种电压，5V、1.8V、1.5V。VCCA_PLL：PLL模拟电压，截止通过滤波器接到VCCINT上。GNDA_PLLPLL：模拟地。图3FPGA电源与接地引脚模块图4FPGA时钟引脚模块及外部时钟(2)FPGA与ARM7接口部分由于FPGA与ARM7的接口电压均为3.3V电压标准，所以两个芯片接

6、口部分的设计不需要电平转换电路。而通信方式采用了比较容易实现的串行通信，只需将RXD与TXD两根线连接起来。(3)电源部分FPGA系统内核电压为1.5V，接口电压为3.3V电压标准。本设计采用了三端集成电压转换器LM117-3.3V和LM117-1.5V，将5V电压转换为3.3V和1.5V供FPGA使用。而电源模块中添加的电容，则是使电路达到良好的滤波效果。1管脚可以直接接地的，但是在次电路设计中1管脚接了两个电阻，其功能是使电压兼容可调。在电路中加入了一个磁珠，加入磁珠的目的除了可以滤波之外，也可以在电源接入电路之前先不焊磁珠，然后对电源的转换电压进行检验，以免直接接

7、入芯片的电压不适合导致FPGA芯片的损坏，如图5与图6所示。图5将5V电压转换成3.3V的FPGA接口电压图6将3.3V电压转换成1.5V的FPGA内核电压(4)复位部分本设计中采用的复位电路是比较常见的阻容复位，电路中加入按键，即为按键复位，如图7所示。图7开关复位模块(5)时钟部分本设计所使用的FPGA外部时钟电路，采用了比较常见的的晶振电路，晶振一般使用四脚晶振，电路在输出端加入了一个33Ω电阻，其33Ω电阻的功能是更好的达到阻抗匹配，如图8所示。图8外部时钟模块(6)下载配置部分配置电路采用专用配置芯片EPCS4,他内部有4M的F