基于fpga的教学平台设计

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1、第33卷第1期淮北师范大学学报(自然科学版)Vol．33No．12012年3月JournalofHuaibeiNormalUniversity(NaturalScience)Mar．2012基于FPGA的教学平台设计鲍慧玲，金剑波(上海科学技术职业学院，上海201800)摘要:介绍一种基于FPGA的教学实验平台的设计与实现，结合QuartusII嵌入式开发环境，可以完成嵌入式IC核的软件实现，完成中小逻辑任务的全数字化逻辑，且可以与其它嵌入式系统配合的多CPU协同处理工作．其中丰富的外设方便人机交互，极大地增加使用者开发的乐趣

2、，可以很好地满足高等院校、科研人员的需求．关键词:FPGA;SOPC;教学;实验中图分类号:TP23文献标识码:A文章编号:2095－0691(2012)－0067－03传统的EDA实验IC之间是通过PCB板等技术来进行互联而构成整个系统的，缺点就是PCB板的可靠性差、IC芯片之间的延时高，还要受PCB板的尺寸因素影响等．SOPC设计是基于大规模FPGA的单芯片系统设计，开发效率高、成本低、不存在兼容性问题，能够综合、全盘考虑整个系统的情况，因而可以实现更高的系统性能．基于SOPC有以上的优点，本文所设计的教学平台针对国内高校

3、嵌入式系统教学的需要而研制，能满足信息、控制、电子、计算机等专业的高职高专、本科及研究生教学的具体要求，适应市场对嵌入式系统人才的需求，使学生掌握各种嵌入式系统的原理结构、基本特征和实现方案．1系统总体构架1.1系统设计介绍基于FPGA的教学实验平台由主板和功能板构成，是在深入的教学研究基础上研制出来的，同时也是结合现代学生的需求，利用模块化思想，将各个功能的电路分离化，使教与学、理论与实践、感性与理性相结合，完成立体教学，让学生在短时间内掌握所学知识，建立良好的教学与实验平台．该项目是集FPGA和SOPC开发为一体的综合性教

4、学实验平台，主要由8个模块组成:主控制模块、AD/DA模块、USB传输模块、逻辑输入模块、键盘模块、数码显示和VGA接口模块、232/CAN/PS2模块、以太网模块．整个实验平台是基于Alter公司的FPGA器件，结合Max－PlusII嵌入式开发环境，可以完成嵌入式IC核的软件实现，完成中小逻辑任务的全数字化逻辑，同时结合了SOC和FPGA各自的优点，进行裁剪、扩充、升级，达到SOPC设计开发的能力，并且可以与其它嵌入式系统配合的多CPU协同处理工作．其中丰富的外设方便了人机交互，极大地增强了使用者开发的乐趣．运用协同设计技

5、术、操作系统、网络技术等的理论和方法，将硬件设计、软件开发、应用设计有效结合形成嵌入式教学实验平台．该平台针对国内高校嵌入式实验的需要而研制，能满足电子、控制、计算机等专业的高职高专、本科及研究生教学的具体要求以及市场对嵌入式人才的需求，使学生掌握各种嵌入式系统的原理结构、基本特征和实现方案．该平台是一个系列，包括8个子模块，各个模块既可以单独使用，也可以和其余模块灵活组合，以满足不同层次的教学需求．整体电源由主板提供，功能板通过DIN128接口从主板上获取12V、5V(5A)、3．3V(5A)、2．5V的稳压电源．5V和3．

6、3V电源电流比较大，为减少内阻，直接从12V稳压电源得到．设计系统时钟电路时考虑收稿日期:2011－11－28基金项目:上海市教育委员会和上海市教育发展基金会资助项目(09CGB07)作者简介:鲍慧玲(1979－)，女，安徽潜山人，讲师，研究方向为自动化控制和职业教育．68淮北师范大学学报(自然科学版)2012年到FPGA内部没有振荡电路，使用有源晶振是比较理想的选择．当输入时钟频率较低时，可以使用FPGA的内部PLL调整FPGA所需的系统时钟，使系统运行速度更快．外部时钟输入可达300MHz以上，但是由此带来布线难度增加，容

7、易带来EMC辐射等问题，不利于系统的可靠性．因此在这里采用低频率时钟输入，再经过内部PLL倍频至所需的频率．一般来讲外加的模拟信号都是单端的，为了符合ADC对模拟输入的要求，在这里增加了AD8138差分放大器，AD8138的3dB带宽可达300MHz．在RS232串口设计中使用了MAX3232E进行RS232电平转换，MAX3232E是3．3V工作电源的RS232转换芯片．功能板上具有8位动态LED数码管和16个按键，使用了I2C接口的键盘与LED驱动芯片ZLG7290进行控制，ZLG7290是一款功能强大的键盘与LED驱动芯

8、片，最大支持64个按键及8位共阴LED数码管．该教学平台标配有3．5英寸320×240TFT24Bit真彩色液晶屏，由于液晶屏内部没有液晶控制器，需要外接一个彩色液晶控制器，可以设计液晶控制器核集成到NiosII系统中去．液晶控制器型号为SSD1905，采用3．3V电源供电．