FPGA最小系统小板 毕业论文.docVIP

测试与光电工程学院 电子基础课程设计任务书 课题名称： FPGA最小系统板制作 课题要求： FPGA小板具有以下功能： JTAG及ASP下载接口 2、可以进行按键和LED实验 3、通过GPIO接口进行功能扩展 ??二、完成完成安装及调试。 ??写出设计报告。?? 完成安装及调试。 2、基本概念、基本理论及专业知识掌握扎实，运用灵活；设计思路、设计内容、计算方法及结果、计算机运用正确无误； 3、试验数据的获取（软件调试方法及过程）试验过程（调试过程）的正确性； 4、电子基础课程设计的结论，存在的问题，研究结果的创新性； 摘要：FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA利用其现场可编程特性，将原来的电路板级产品集成为芯片级产品，缩小体积，缩短系统研发周期，方便系统升级，具有容量大、逻辑功能强的特点，而且兼有高速、高可靠性，通过基于FPGA最小系统开发设计，说明了FPGA芯片研究的动机和研究意义。 本次设计是基于EP2C8Q208C8芯片为控制核心，及必要的外围电路对EP2C8Q208C8芯片进行功能的实现及扩展 。设计中用了大量电容，对电路起到了有效的滤波作用，配置电路芯片选用了容量为4M的芯片EPCS4SI8N；配置模式采用JTAG和AS两种模式，是电路现在更为方便；板载50MHz有源晶振，为系统提供精准的时钟源，同时还留有一个有源晶振的焊位，为用户加入其它频率的时钟源提供了便利；复位电路采用按钮(RST)开关构成的阻容复位电路，此外，板上还通过按钮（R_CONF）构建了一个重置电路；采用AMS1117系列芯片为电路提供稳定的电源，是电路工作更为稳定；存储电路部分主要是SDRAM ，设计中选用Hynix Semiconductor公司的HY57V281620HCT模块；为了进行一些简单的实验，设计中增加了板载LED测试电路和按键电路；为了最大限度的扩展芯片EP2C8Q208C8的功能，设计了四种不同的扩展槽。 本次设计的主要功能及特点是可以在短时间内通过对FPGA最小系统板的学习及制作对FPGA有一个较为完全的了解。 关键词： FPGA 现场可编程 EP2C8Q208C8芯片 EPCS4SI8N芯片 目录 1、概述 5 2、硬件说明 6 2.1 电路说明 6 2.2FPGA主芯片 6 2.3配置电路 8 2.4 时钟和复位电路 9 2.5电源电路 10 2.6 存储器电路 11 2.7 板载LED测试电路 13 2.8 按键和总线引出接口 14 3、系统板测试 16 3.1 系统板供电电路测试 16 3.2 JTAG 测试 17 3.3 ASP测试 17 3.4 SDRAM 软核功能测试 17 4、电路设计 18 4.1 原理图设计 18 4.2 PCB图设计 19 5、注意事项 20 6、心的体会 21 7、参考文献 22 8、致谢 22 9、 附录 23 9.1 FPGA最小系统板原件清单 23 1、概述 　目前主流的FPGA仍是基于查找表技术的，已经远远超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能（如RAM、时钟管理和DSP）的硬核（ASIC型）模块。FPGA芯片主 要由7部分完成，分别为：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。 采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，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CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 　　 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。 EP2C8Q208C8、配置电路、时钟电路、复位电路、电源 电路、存储器电路等构成，其结构如图2.1所示。 图2.1 2.2FPGA主芯片 FPGA采用Altera公司的CycloneII序列芯片EP2C8Q208C8，其主要功能如表2.1所示： 表2.1 原理图如图2.2所示 图2.2：主芯片原理图 芯片外围滤波电路如图2.3所示 图2.3：滤波电路 2.3配置电路 配置芯片选用Altera公司的串行配置芯片EPCS4SI8N，其容量为4M，对应EP2C8主芯片。 配置模式采用JTAG和AS两种模式，板上分别带有两种配置模式的配置插座，其原理图如图所