西华大学fpga实验指导书_v1.1

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1、西华大学机械工程与自动化学院数字电子技术基础与FPGA实验指导书西华大学机械工程与自动化学院2013.12121西华大学机械工程与自动化学院前言FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的缩写，即现场可编程门阵列，它是在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数有限的缺点。     FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LogicCellArray）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB

2、（ConfigurableLogicBlock）、输出输入模块IOB（InputOutputBlock）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有：    1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。    2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。    3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。    4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。    5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。    

3、可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。    目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等，本实验平台选用了ALTERA公司CycloneII系列芯片     FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。    加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FP

4、GA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。但是，由于它在一定程度上满足了当时的设计需求，于是他在1987年成为AI/IEEE的标准（IEEESTD1076-1987）。1993年更进一步修

5、订，变得更加完备，成为AI/IEEE的AI/IEEESTD1076-1993标准。目前，大多数的CAD厂商出品的EDA软件都兼容了这种标准。VHDL的英文全写是：VHSIC（VeryHigheedIntegratedCircuit）HardwareDescriptiongLanguage.翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言。因此它的应用主要是应用在数字电路的设计中。目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。    本实验平台可做FPGA的学习实验箱，主芯片采用了ALTERA公司的CycloneII系列EP2C5T14

6、4C8N，学习VHDL语言，为数字电路系统设计打下坚实的基础，学习ALTERA公司的开发平台QuartusII9.0，掌握FPGA系统的开发设计流程。121西华大学机械工程与自动化学院121西华大学机械工程与自动化学院第一章FPGA系统1.1系统简介本FPGA系统教学开发平台采用国际著名可编程逻辑器件公司Altera的CycloneII系列芯片为核心，整个平台采用模块化设计，各种模块可以自由组合，同时提供丰富的扩展接口，非常适合于FPGA学习。开发工程师可利用VHDL语言、Verilog语言、原理图或方程式，结合Altera集成开发环境Quartu

7、sII，进行编辑、综合、仿真和布局布线，通过加载配置并进行设计验证。它可以满足绝大多数组合逻辑电路、时序逻辑电路设计需求；可以进行初级的SOPC设计，简单的NIOS初级核设计，此书安排的实验由简单到难，一步一步引导你入FPGA的世界。1.2系统功能特点板上1.2V，5V，3.3V完整电源管理50M有源晶振，及一个扩展晶振接口支持JTAG调试仿真模式和AS下载配置模式双复位系统，重新配置与软件复位主芯片采用CycloneII系列EP2C5T144C8N芯片，资源丰富8个七段数码管PS2键盘标准接口标准RS232串口蜂鸣器VGA标准接口IIC芯片，AT

8、24C02SPI芯片，AT93C46RTC芯片，DS1302，及备用电池温度传感器，DS18B208位AD，TLC549，