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1、第29卷第2期肇庆学院学报Vol.29,No.22008年3月JOURNALOFZHAOQINGUNIVERSITYMar.2008基于FPGA的多功能实验板的设计与实现梁迎春,吴海涛(肇庆学院电子信息与机电工程学院,广东肇庆526061)摘要:设计和实现了一个以AlteraFPGA的Cyclone器件EP1C6Q240C8为核心的多功能实验板.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、VerilogHDL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
2、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.关键词:FPGA;Cyclone;实验板中图分类号:TN702文献标志码:A文章编号:1009-8445(2008)02-0040-030引言随着微电子技术的不断发展及其工艺水平的不断提高,掌握大规模可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)与电子设计自动化(EDA)紧密结合的现代EDA设计技术,已经成为21世纪电子工程师必备的基本技能之一.肇庆学院适应时代的潮流,建设了广东省重点实验室EDA实验分室,开设了相关的EDA课程——可编程逻辑器件及编程技术,配备了ED
3、A实验箱.一方面,EDA技术是电子信息与技术的专业课,实践性、应用性很强,其内容的更新也相当迅速;另一方面,EDA实验箱比较死板,其内容不能跟随EDA技术的快速更新而更新,也不能做一些综合性、系统性、设计性的实验,只能做一些简单的验证性实验,因而不利于培养学生的综合应用能力,更不能供教师作为科研之用.为了培养学生设计复杂电子系统的能力和综合应用能力,使他们在人才市场更具有竞争力,同时也为了让教师能拥有EDA相应的科研开发工具,迫切需要设计一个能够做综合性、系统性、设计性实验的多功能实验开发板.1总体方案设计原则总体方案遵循以下原则:
4、1)必须满足可编程逻辑器件及编程技术课程实验和课程设计的要求,还要满足大学生课外创新活动、毕业设计及全国大学生电子竞赛的需求;2)具有超前意识的设计性-综合性实验体系,可以让学生自行设计电路,实现“一人一组”的全面开放式教学;3)增强学生的实际操作能力,要做到既有固定电路可用,又能自行搭接电路,灵活方便,实用性强;4)可扩展性强,不但能适应当前的实验要求,而且经过部分扩展后可以满足新技术和新实验的要求.5)能够供教师科研开发之用.2总体设计方案本设计分为3大模块,即核心模块(板)、外围扩展模块(板)和下载线模块,如图1所示.收稿日期
5、:2007-05-30基金项目:肇庆学院教学研究基金资助项目(0643)作者简介:梁迎春(1975-),女,广西玉林人,肇庆学院电子信息与机电工程学院讲师,硕士.第2期梁迎春等:基于FPGA的多功能实验板的设计与实现412.1核心模块——核心板的设计可编程逻辑器件是整个实验开发板的最主要器件,所以选择一个合适的可编程逻辑器件至关重要.目前生产系统可编程逻辑器件的厂商很多,其产品种类也很多,各公司的产品结构不同,设计方法不同,其应用范围也不同.综合比较各厂商的器件、软件、市场状况及教学实践的具体要求——通用性强、价格适中、开发软件易于
6、教学等因素,最后选用Altera公司的Cy-clone系列,它是目前市场上性价比最优且价格最低的FPGA.Cyclone器件具有大批量优化的功能集可供应用,这些应用市场包括消费类、工业类、汽车业、计算机和通信类.[1]本设计采用Cyclone系列中的EP1C6Q240C8器件,它采用240脚的PQFP封装.为了最大限度利用芯片,使核心板更加灵活地运用于各种实验,必须将芯片的引脚引出来,并加上电源部分和下载口电路.核心模块的组成如图2所示.2.2扩展模块——扩展板的设计扩展模块提供了丰富的外围设备及各种常用外部设备的端口,包括了1个4
7、位数码管、8个LED、5个自定义按钮、LCD1602接口、8色VGA接口、PS2鼠标、键盘接口、有源蜂鸣器、AUDIO接口、串行通讯端口、SD卡读写端口、红外通讯端口、GPIO接口等.电路结构图如图3所示.2.3下载线制作AlteraFPGA器件有3类配置下载方式:主动配置方式(AS)、被动配置方式(PS)及最常用的(JTAG)配置方式.本扩展板采用了AS+JTAG配置方式.这样可以用JTAG方式调试,最后程序调试无误后,再用AS模式把程序烧到配置芯片里去.这样做有一个明显的优点,就是在AS模式不能下载的时候,可以利用QuartuI
8、I自带的工具生成JTAG模式下可以利用的.jic文件,以此验证配置芯片是否已经损坏.[2]本设计中的下载线是以ByteBlasterII为标准制作的.本下载电缆适用于AlteraCPLDPFPGA芯片的下载.支持JTAG,AS及PS下
