基于EP2C8的FPGA教学实验板设计与实现

论文摘要

随着电子信息技术的发展和电子工艺的不断改进,从早期可以完成简单数字逻辑功能的可编程阵列逻辑（PAL）和通用阵列逻辑（GAL）到后期的复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）,可编程逻辑器件（PLD）的发展日新月异。以Altera、Xilinx和Lattice为首的各大IC厂商CPLD/FPGA器件推陈出新,器件密度越来越高,速度越来越快,逻辑资源越来越丰富,凭借优异的性能成为目前电路设计研究领域的热点。对于广大工科学生和设计人员来说,嵌入式集成电路的学习和工程项目的研发离不开工程实践,这就需要硬件开发平台的支持。本文研究的重点是设计一块以Altera公司Cyclonell系列芯片EP2C8Q208C8为核心的FPGA教学实验板。文章从需求分析和总体设计方案出发,详细描述了电路原理图设计、存储器和外围芯片选型以及PCB设计与实现,并对实验板进行相关功能测试与验证。该实验开发板采用模块化的设计思路,分为核心板和扩展板。核心板主要包括电源模块、时钟模块、复位模块、配置电路模块、SRAM和SDRAM模块、JTAG和ASP接口等；扩展板接口丰富,方便进行实验和二次开发,其主要包括LED、数码管、拨码开关、按键、点阵模块接口、LCD 1602接口、A/D和D/A模块、PS/2接口、VGA接口等。其中大多数器件管脚独立,便于扩展。系统的时钟频率为50MHZ,在设计过程中充分考虑了电磁兼容性、信号完整性与功耗问题,合理布局布线,确保实验板具有可靠的性能。开发板采用与EP2C8系列FPGA相匹配的配置芯片EPCS4,有JTAG和ASP两种下载接口方便用户选择,用USB-Blaster电缆便可实现实验板与电脑连接,通过led指示灯可查看下载情况,操作简单。用户在此平台上可进行基础性、扩展性实验和简单工程实践,便于学习应用FPGA和SOPC技术。最后,通过VGA彩色信号显示实验、LCD 1602显示实验、NiosⅡ软核实验3个具体实例调试实验板的部分模块功能。经过调试可以得到预期设计的实验结果,实验板运行稳定可靠,能够满足高校教学和简单开发设计的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和应用价值
• 1.2 国内外研究现状与发展动态
• 1.3 主要研究内容和论文结构
• 2 FPGA概述
• 2.1 可编程逻辑器件简介
• 2.2 CycloneⅡ系列FPGA-EP2C8Q208C8介绍
• 2.3 FPGA的结构与配置
• 2.4 FPGA的开发工具与设计流程
• 3 FPGA实验开发板整体设计方案
• 3.1 需求分析
• 3.2 整体方案设计
• 3.3 开发板的实验功能
• 4 FPGA实验开发板硬件设计
• 4.1 核心板设计
• 4.2 扩展板设计
• 4.3 PCB设计
• 4.4 实验开发板硬件调试
• 5 典型实验设计与验证
• 5.1 VGA彩色信号显示
• 5.2 LCD 1602显示
• 5.3 NiosⅡ软核实验
• 6 总结与展望
• 6.1 研究内容总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录