武汉理工大学FPGA神器第八章.doc

第八章 第8章 FPGA设计实践 内容提要 本章介绍了Xilinx公司的Spartan IIE最小系统板和Altera公司的APEX DSP最小系统板，BGA封装印制板设计； FPGA与LED、LCD显示、与8位ADC、与8位DAC接口电路与VHDL控制程序，FPGA构成的URAT接口电路与程序，ASK、FSK、PSK、MASK、MFSK、MPSKRZ码）、差分码、分相码（曼彻斯特码）码、交替极性码（AMI） 介绍了数字式频率计、八音电子琴、电子时钟、自动售货机、电梯控制器、出租车计价器、多功能波形发生器、步进电机定位控制系统设计要求、系统组成、模块设计、VHDL程序与仿真。 知识要点 FPGA最小系统板 印制板设计 LED、LCD显示 A/D与 D/A转换器 基带码发生器 数字信号调制与解调 FPGA应用 教学建议 本章的重点是掌握FPGA的设计与应用。通过学习本章所提供的设计例，掌握FPGA开发软件、设计方法和技巧。本章应用实例的VHDL程序与仿真分析都在随书提供的光盘中，可以作为学习的参考。建议学时数为2～6学时。注意：本章的内容比较丰富，建议在前面章节教学时，结合本章的实例进行介绍，重点讲解几个设计，剩余的设计例可以作为练习题，由学生自己完成。FPGA的设计应用具有强的实践性，纸上谈兵是不行的，必须通过大量的工程实践才能够了解。每个设计者的风格不同，理解、使用VHDL语言的程度不同，所设计的VHDL程序是不同的。 8.1 FPGA最小系统板设计 Xilinx FPGA最小系统板设计 为了方便用户更快、更好使用FPGA器件，Xilinx和许多第3方公司针对不同系列的FPGA器件，开发了一系列的评估板，提供给用户使用。 下面以Jacyl Technology公司开发的Spartan IIE最小系统板（型号：LT-50K）FPGA最小系统板的基本特性。 Jacyl Technology公司开发的Spartan ⅡE最小系统板采用Xilinx Spartan ⅡE XC2S50E-6PQ208 FPGA ， PC/104 总线和IEEE 1149.1 JTAG完全兼容的接口， 可提供100个可编程的I/O接口， 在最小板上具有100MHz的振荡器可提供FPGA全局时钟，具有2个用户可定义的时钟输入端， 使用Xilinx XC18V02串行在系统可编程配置PROM，2LED和开关，可通过PC/104总线或者外部DC电源供电，由Xilinx公司免费的Webpack 软件支持， 系统板尺寸3.55”×3.775”，外部电源电压5 ～14VDC（200mA）。 Jacyl Technology公司开发的Spartan ⅡE最小系统板的电路方框图如下图所示 最小系统板的电路 图8.1.3 Spartan ⅡE 最小系统板的尺寸图 图8.1.4实物图 更详细的内容可登录：.网站查询。 8.1.2 Altera FPGA最小系统板设计 Altera FPGA最小系统板设计 Altera公司与Xilinx公司一样，为了方便用户更快、更好使用FPGA器件，Altera和许多第3方公司针对不同系列的FPGA器件，开发了一系列的评估板，提供给用户使用。 下面以Altera公司开发的APEX DSP最小系统板为例，介绍FPGA最小系统板的基本特性。 FPGA最小系统板的基本特性 Altera公司开发的APEX DSP最小系统板采用652 BGA封装的APEX? EP20K200E-1X FPGA器件， analog 公司的AD9203ARU（10-bit, 40-MSPS ）A/D转换器， TI公司的THS5651AIPW（ 10-bit, 100-MSPS ）D/A 转换器， 具有2个10 ns 异步 64K×16 SRAM（型号为IDT71V016SA）， 在板配置采用16 Mbit EPC16 flash配置器件， 具有150个用户I/O接口，RS232串行接口， 使用ByteBlasterMV?下载电缆下载配置数据，调试通道使用3.3V逻辑分析仪， 具有用户可定义的7个开关和3个LED，板上具有振荡器， 并具有外部振荡器输入引脚端，采用单5V电源供电 图8.1.5Altera公司开发的APEX DSP最小系统板电路方框图 元器件布局图、尺寸图、实物图等更详细的内容可登录 网站查询。 8.1.3 BGA封装印制板设计 BGA封装印制板设计 球栅阵列封装，简称BGA（Ball Grid Array Package）。 BGA封装技术可以增加I/O引脚数，而不减小引脚间距，从而提高了组装成品率； 采用可控塌陷芯片法焊接，可以改善它的电热性能，具有更加快速和有效的散热途径； 厚度和重量都较TSOP等