EDA技術(shù)與VHDL實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、目 錄第一部分 zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介1一、zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特點(diǎn)1二、zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主板組成3三、zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各功能模塊介紹4四、實(shí)驗(yàn)箱配置說明17五、選配的適配板與擴(kuò)展板功能介紹及使用說明17六、主板系統(tǒng)i/o分布19七、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)25第二部分 實(shí)驗(yàn)部分26實(shí)驗(yàn)一 maxplusii軟件入門并設(shè)計(jì)1位半加器26實(shí)驗(yàn)二 七人表決器27實(shí)驗(yàn)三 序列信號(hào)發(fā)生器28實(shí)驗(yàn)四 基本組合邏輯電路的vhdl模型30實(shí)驗(yàn)五 基本時(shí)序邏輯電路的vhdl模型36實(shí)驗(yàn)六 moore型有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)55實(shí)驗(yàn)七 melay型有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)58實(shí)驗(yàn)八 數(shù)

2、字鐘61實(shí)驗(yàn)九 交通燈實(shí)驗(yàn)62實(shí)驗(yàn)十 “梁祝”樂曲演奏電路設(shè)計(jì)64第一部分 zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介一、zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特點(diǎn)1、采用主板a（基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）+適配板b（擴(kuò)展板）+擴(kuò)展板c（適配板）的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主板結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用主板a（基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）+適配板b（擴(kuò)展板）+擴(kuò)展板c（適配板）的結(jié)構(gòu)，配置靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)，專業(yè)和應(yīng)用范圍適用面寬，體現(xiàn)出eda實(shí)驗(yàn)箱工具化的本質(zhì)。 配置靈活：主板是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置系統(tǒng)，是一個(gè)最簡eda工具系統(tǒng)，包含了核心芯片a（ep1k30qc208），在不需要適配板b與擴(kuò)展板c的情況下可以完成eda教學(xué)的基本要求。無論現(xiàn)代cpld/fpga

3、芯片怎樣發(fā)展，主板系統(tǒng)僅是一個(gè)最簡工具系統(tǒng)，不存在被市場淘汰的問題，也避免了用戶需要升級(jí)時(shí)重復(fù)投資去購買新的型號(hào)，重復(fù)學(xué)習(xí)另一套系統(tǒng)，走入一個(gè)主系統(tǒng)不斷升級(jí)、學(xué)校老師精力無限重復(fù)投入的怪圈。 在主板系統(tǒng)基礎(chǔ)上可以任意擴(kuò)展不同系統(tǒng)，體現(xiàn)出基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)僅是eda技術(shù)的開發(fā)工具，比如主板+單片機(jī)+擴(kuò)展板構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)，以及主板+cpld/fpga+單片機(jī)、主板+dsp+單片機(jī)、主板+cpld/fpga+dsp等多重系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)可以開發(fā)各種適配板與擴(kuò)展板，可以建立不同的方案來滿足要求，充分體現(xiàn)eda工具箱的本質(zhì)。 適用范圍面寬：由于電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)的高速發(fā)展，應(yīng)用面在不斷展寬，作為工具箱可以適應(yīng)各方面

4、的開發(fā)與應(yīng)用。比如： eda與vhdl教學(xué)實(shí)驗(yàn)； 普通數(shù)字電路課程實(shí)驗(yàn)； 電子設(shè)計(jì)競賽； 科研或研究生培訓(xùn)； 基于eda的電子產(chǎn)品或soc開發(fā)； 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)； 現(xiàn)代dsp實(shí)驗(yàn)開發(fā)； 通信實(shí)驗(yàn)與語音實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)； soc、sopc、asic實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等。2、主板中所有i/o口開放鑒于工具箱的本質(zhì)，則在實(shí)現(xiàn)免連線功能的同時(shí)，通過插孔開放出所有i/o口，開放出主板系統(tǒng)的所有資源，實(shí)現(xiàn)工具化的本質(zhì)。同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)箱與實(shí)驗(yàn)箱的級(jí)聯(lián)，成為更大的主板系統(tǒng)，使資源更豐富，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為可能。比如：一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱有8個(gè)數(shù)碼管，若在一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要用到16個(gè)數(shù)碼管，可以不用另外購買做成擴(kuò)展板這么麻煩，可

5、以用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)箱級(jí)聯(lián)來完成。若用到更多數(shù)碼管，可以用更多的實(shí)驗(yàn)箱級(jí)聯(lián)，諸如這樣的級(jí)聯(lián)，可以構(gòu)成更復(fù)雜的多重系統(tǒng)，使大型eda實(shí)驗(yàn)室成為可能。 3、數(shù)字eda與模擬eda混合實(shí)驗(yàn)與開發(fā)除了主板的模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，如果配以模擬eda器件適配板，就能在主板系統(tǒng)上完成模擬eda實(shí)驗(yàn)或模數(shù)混合實(shí)驗(yàn)的開發(fā)。 4、編程下載通用性強(qiáng)主板系統(tǒng)含fpga/cpld通用下載編程模塊，可用于對(duì)altera 、lattice、xilinx等多家國際著名的pld公司幾乎所有isp或現(xiàn)場配置的cpld/fpga進(jìn)行編程下載，包括可對(duì)不同工作電壓cpld/fpga的編程，且在編程中無須作任何跳線切換即能自動(dòng)識(shí)別主系統(tǒng)上的芯片，安全

6、可靠，適合學(xué)生高密度的實(shí)驗(yàn)操作。 5、良好的混合電壓（mv）兼容功能綠色能源電子系統(tǒng)要求器件低功耗、低噪聲和高電磁兼容性。因此低電壓器件的使用將更加重要和普遍，如筆記本電腦、嵌入式系統(tǒng)等，其中的主要器件皆為低電壓器件。特別是低芯核電壓的fpga/cpld器件已成為當(dāng)今電子設(shè)計(jì)開發(fā)和應(yīng)用的主流，主板系統(tǒng)完全適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，具備了對(duì)5v、3.3v、2.5v、1.8v不同芯核電壓的fpga/cpld器件編程下載和實(shí)驗(yàn)開發(fā)的全兼容功能。因此，用戶可避免單5v的eda實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)過時(shí)淘汰之慮。另外主板系統(tǒng)電源是可調(diào)的，可以滿足不同電壓的系統(tǒng)電路，尤其是低電壓系統(tǒng)。6、基于eda技術(shù)的免連線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)

7、eda實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工具性特點(diǎn)，提高免連線的靈活性，采用可編程的核心芯片對(duì)外圍資源進(jìn)行靈活配置，采用這種eda技術(shù)，用戶只需對(duì)核心芯片重新配置，即可連接成不同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)或多重實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而滿足不同方面的需要。7、配置全面衡量cpld/fpga重要參數(shù)除了可用邏輯資源外就是它的速度等級(jí)，尤其是它突出的并行處理和控制能力，已使cpld/fpga在高層次上得到廣泛應(yīng)用，eda-e實(shí)驗(yàn)箱作為一個(gè)eda開發(fā)平臺(tái)或工具箱，還能支持高頻系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)箱配有100m標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，同時(shí)可以接入更高的頻率段信號(hào),并能實(shí)現(xiàn)倍頻功能,這樣無疑提供了一個(gè)深入學(xué)習(xí)eda技術(shù)更加廣闊全面的開發(fā)平臺(tái)。二、zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

8、主板組成 通用編程模塊 液晶顯示模塊 數(shù)碼管顯示模塊 a/d、d/a轉(zhuǎn)換模塊 led顯示模塊 數(shù)字可調(diào)信號(hào)源 濾波模塊 信號(hào)調(diào)節(jié)模塊 邏輯筆模塊 配置模塊 模式選擇模塊 模擬信號(hào)源 44鍵盤模塊 開關(guān)按鍵模塊 電源模塊 分立元件模塊 喇叭模塊 i/o口插孔 核心芯片a 適配板b插座 擴(kuò)展板c插座 40pin插座三、zy11eda13be實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各功能模塊介紹1、通用編程模塊該模塊為cpld/fpga器件的通用下載電路模塊，可以對(duì)altera、lattice、xilinx等國際著名的pld公司幾乎所有isp或現(xiàn)場配置的cpld/fpga進(jìn)行編程下載，且能自動(dòng)識(shí)別。選擇不同的跳線xk1（5v）、x

9、k2（3.3v）、xk3(2.5v)或xk4(1.8v)，可以對(duì)不同芯核電壓的cpld/fpga器件進(jìn)行在系統(tǒng)編程和配置。連線/下載方法：將25針下載電纜線一端插入lpt1（打印機(jī)口即并行口），另一端連接到通用編程模塊的db25接口，再用十針連接線一頭插入通用編程模塊的jtag下載接口處，另一頭連接到下載目標(biāo)芯片的下載接口或配置芯片的配置接口處，然后通過pc機(jī)軟件進(jìn)行下載或配置。針對(duì)實(shí)驗(yàn)箱可以自行開發(fā)適配板，其目標(biāo)芯片下載接口遵守如下定義：12345678910alteratckgndtdonctmsncncdb7tdinclatticetdigndnctmstckispen-tdo-xili

10、nxtdignd-tmstcknctdonc-注：表中“-”表示該公司部分下載接口引腳連接在一起； nc表示懸空，不接。 db7為使用epc2芯片所提供的管腳。十字連接插座引腳如右圖所示：定義引腳順序?yàn)椋簭南碌缴?，從左到?2、液晶顯示模塊液晶為選配器件，型號(hào)為fm12232b(或兼容型號(hào)器件都可以)，在配置好液晶后才可以做液晶顯示控制實(shí)驗(yàn)，該類型液晶的具體工作原理可參考附帶光盤中提供的資料（和實(shí)驗(yàn)四十三源程序放在一起），液晶設(shè)計(jì)內(nèi)容詳見實(shí)驗(yàn)說明。另外該模塊分配了i/o0-i/o10共11個(gè)i/o口，并通過插孔引出i/o0-i/o10。液晶i/o分布原理圖如下所示： 3、數(shù)碼管顯示模塊此模塊的

11、i/o分布原理圖如下圖所示： 8個(gè)數(shù)碼管（sm8-sm1）為共陰數(shù)碼管（段碼為高電平點(diǎn)亮數(shù)碼管），i/o2-i/o0（對(duì)應(yīng)74138的c、b、a）為數(shù)碼管位選， 位選對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管關(guān)系如下表所示：接口序號(hào)（硬件接口管腳號(hào)）數(shù)碼管選中狀態(tài)，可顯示i/o2(c)i/o1(b)i/o0(a)111sm8110 sm7101 sm6100 sm5011 sm4010 sm3001 sm2000 sm1i/03-i/o10(對(duì)應(yīng)數(shù)碼管a-h)為段碼，數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 另外還有i/o11在此模塊通過插孔引出，開放出i/o11。 使用方法說明：在位選選中一個(gè)數(shù)碼管情況下送出段碼，在該數(shù)碼管中顯示段碼字

12、符，然后接著選中其它數(shù)碼管，送其它字符。在送出的位選足夠快的情況下，人眼就分辨不出是一位一位顯示出來的，給人的感覺是一起顯示的。我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)常用32768hz的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生位選數(shù)據(jù)（已足夠快）。設(shè)計(jì)中我們關(guān)注的是在選中哪一位時(shí)送什么字符，如我們?cè)跀?shù)碼管sm8-sm1中分別顯示0-7字符，則位選為000時(shí)我們送出0字符的段碼，選中到其它位選時(shí)對(duì)應(yīng)送出相應(yīng)字符即完成了顯示功能。 4、a/d、d/a轉(zhuǎn)換模塊（1）a/d轉(zhuǎn)換功能：可參考附帶光盤中提供的tlc5510芯片資料（和實(shí)驗(yàn)三十源程序放在一起）。高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)驗(yàn)時(shí)從插孔輸入模擬信號(hào)，輸入信號(hào)幅度要求控制在0-5v。輸出d8-d1

13、為采樣后的輸出數(shù)據(jù)。目前我們常用的數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理可以在此實(shí)現(xiàn)，可以用核心芯片來設(shè)計(jì)a/d接口電路與存儲(chǔ)電路，把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，要觀察時(shí)通過d/a輸出，這樣可以完成數(shù)字存儲(chǔ)示波器的功能，有興趣的同學(xué)不妨在實(shí)驗(yàn)三十的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）d/a轉(zhuǎn)換功能：可參考附帶光盤中提供的tlc7524芯片資料（和實(shí)驗(yàn)二十九源程序放在一起）。該芯片把數(shù)字量轉(zhuǎn)化為電流量，通過運(yùn)放轉(zhuǎn)換為電壓輸出。由于輸入的是數(shù)字量，最后輸出的是間斷的點(diǎn)電壓值，由于該芯片為高速d/a轉(zhuǎn)換器件，在送出數(shù)據(jù)很快的情況下看不出間斷點(diǎn)，為此可以利用d/a完成任意波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)。為了產(chǎn)生比較好的波形，我們可以把輸出經(jīng)過實(shí)驗(yàn)箱的濾波

14、模塊濾波產(chǎn)生更好的模擬信號(hào)。另外一點(diǎn)要注意的是運(yùn)放是12v供電，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要打開該電源，否則沒有結(jié)果輸出。5、led顯示模塊16個(gè)發(fā)光二極管（led1-led16），主要用于輸出顯示，輸出高電平時(shí)發(fā)光二極管亮。另外i/o12-i/o27在模擬信號(hào)源模塊的上方通過插孔引出。 6、數(shù)字可調(diào)信號(hào)源主板上配有非常豐富的時(shí)鐘信號(hào)，為實(shí)驗(yàn)提供了極大的方便。時(shí)鐘源模塊共有三組“時(shí)鐘信號(hào)”源（每組分為低中高頻段），在該模塊中由12mhz、4.194304mhz的晶體通過rc振蕩電路、74ls393分頻電路依次得到各種不同時(shí)鐘信號(hào)。另外100mhz的時(shí)鐘信號(hào)直接由有源晶體輸出，沒有經(jīng)過處理，在測量100mh

15、z的頻率時(shí)可能誤差較大。以上的時(shí)鐘信號(hào)可以分為3組，分別為tj1、tj2、tj3為一組；tj4、tj5、tj6為一組；tj7、tj8、tj9為一組，如下圖所示，分別連接到核心芯片a（ep1k30qc208）的gck1，gck2，gck3。可以通過跳線來調(diào)節(jié)各種不同的輸出頻率，同時(shí)可以通過插孔clk1、clk2、clk3引出主板系統(tǒng)的三組時(shí)鐘源用作它用，也可以引入外置的時(shí)鐘源進(jìn)入主板系統(tǒng)，使時(shí)鐘源的使用非常靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)。當(dāng)打開tpw1電源開關(guān)時(shí)，時(shí)鐘源模塊開始工作，正常工作時(shí)指示燈tl1亮。上圖中g(shù)ck1，gck2，gck3都可以通過跳線調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號(hào)，頻率范圍從1hz-100mhz，有些時(shí)鐘信

16、號(hào)固定在核心芯片a的專用輸入引腳上，如下表所示：時(shí)鐘信號(hào)名 核心芯片epf1k30qc208-2管腳號(hào) 管腳名gck1（可調(diào)）79global clk gck2（可調(diào)） 183global clk gck3（可調(diào)） 80ded.input32768hz（固定） 78ded.input4.194304m（固定） 182ded.input100m（固定） 184ded.input 在設(shè)計(jì)時(shí)常用到固定時(shí)鐘信號(hào)，如顯示電路設(shè)計(jì)常用32768hz。一旦時(shí)鐘源電源打開時(shí)就有信號(hào)輸入到核心芯片上，影響對(duì)芯片的配置，所以在對(duì)核心芯片下載時(shí)最好關(guān)閉時(shí)鐘源電源開關(guān)。7、濾波模塊對(duì)信號(hào)起高通、帶通、低通三種濾波作用

17、，通過調(diào)節(jié)電位器fw1、fw2的阻值可以改變截止頻率或中心頻率，為信號(hào)提供濾波的工具。該模塊可對(duì)差模輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，若是單端輸入，一端輸入信號(hào)而另一端接地。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波時(shí)，用fw1和fw2調(diào)節(jié)濾波效果。8、信號(hào)調(diào)節(jié)模塊主要用來對(duì)信號(hào)調(diào)節(jié)，下面左圖功能是把輸入信號(hào)的電平抬高，即把直流分量疊加到輸入信號(hào)中，調(diào)節(jié)fw3可以改變疊加的直流分量大小。右圖功能是把輸入信號(hào)進(jìn)行反向比例放大（包括縮小信號(hào)），fw4調(diào)節(jié)放大信號(hào)的比例。9、邏輯筆模塊提供一個(gè)邏輯筆模塊，把邏輯筆一端插入該模塊插孔，另一端用來判斷電平狀態(tài)，符合ttl電平，即對(duì)于低電平的閥值選擇為小于0.5v，綠指示燈亮來指示，對(duì)于高電平的閥

18、值選擇為大于2.4v，紅指示燈亮來指示，介于二者之間的為高阻，黃指示燈亮來指示，一般懸空狀態(tài)為高阻態(tài)。10、配置模塊配置模塊配置了一塊altera公司專用配置芯片epc2，型號(hào)為epc2lc20（eeprom芯片，容量大小為2m位），為選配元件，關(guān)于epc2詳細(xì)資料參見附帶光盤的pdf文檔，該芯片主要起掉電保護(hù)作用。還有兩個(gè)十針的下載接口（epc2下載接口與核心芯片下載接口），詳細(xì)的下載方法可參見附帶光盤maxplus ii 10.2學(xué)習(xí)課件（放在附帶光盤實(shí)驗(yàn)一目錄下）所介紹的相關(guān)內(nèi)容。此模塊的跳線ck1主要用來選擇核心芯片a（ep1k30qc208）的接口電壓（vccio），短接1、2腳為3

19、.3v，短接2、3腳為2.5v，出廠時(shí)1、2腳短接；跳線ck2始終短接，主要為核心芯片a（ep1k30qc208）提供核心工作電壓（vccint）2.5v。11、模式選擇模塊為了全面開放i/o口，我們通過撥碼開關(guān)ctrl來實(shí)現(xiàn)i/o口的免連線問題，模式選擇模塊功能說明如下圖所示，撥碼開關(guān)ctrl功能在實(shí)驗(yàn)箱上寫了標(biāo)識(shí)說明，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)照標(biāo)識(shí)操作。如在實(shí)現(xiàn)免連線功能時(shí)要用到數(shù)碼管可以把撥碼開關(guān)的第一腳撥向on端，表示數(shù)碼管可以用來顯示輸出的數(shù)據(jù)，若實(shí)現(xiàn)全開放i/o口系統(tǒng)時(shí)把撥碼開關(guān)所有腳設(shè)置無效，即撥碼開關(guān)全部不要撥向on。 12、模擬信號(hào)源提供模擬信號(hào)源，模擬信號(hào)源原理圖如下圖所示，主要是由集

20、成芯片max083產(chǎn)生不同的波形，可參考附帶光盤中提供的max038芯片資料（和實(shí)驗(yàn)二十九源程序放在一起）。out為波形輸出信號(hào)，通過ab1、ab2選擇不同波形輸出；aj1-aj3選擇不同的頻率段；in輸入不同電壓值可以改變輸出信號(hào)的頻率，從而可以做掃頻源實(shí)驗(yàn)。13、44鍵盤模塊通常矩陣式鍵盤都是單片機(jī)控制，本模塊提供的鍵盤模塊完全用cpld/fpga控制，具體實(shí)現(xiàn)方法見相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。i/o分布原理圖如下圖所示：14、開關(guān)按鍵模塊模塊分配了i/o28-i/o43共16個(gè)i/o口，i/o分布原理圖如下圖所示，同時(shí)這16個(gè)i/o口通過插孔引出。16個(gè)按鍵k1k16，16個(gè)撥位開關(guān)kd1kd16，1

21、6個(gè)發(fā)光二極管kl1kl16。每一個(gè)縱列的一組開關(guān)、按鍵、發(fā)光二極管與下載板上cpld/fpga的一個(gè)i/o口對(duì)應(yīng)相連。如上圖所示，在模式選擇中選擇有效時(shí)，當(dāng)與i/o口相對(duì)應(yīng)的開關(guān)kdi（i=1.16）作為輸入使用時(shí)，開關(guān)撥向上，開關(guān)上方的發(fā)光二極管亮，表示開關(guān)向該i/o口輸入一個(gè)邏輯量為“1”的高電平，撥向下時(shí)，表示“0”。當(dāng)需要用按鍵向i/o口輸入一個(gè)短脈沖量時(shí)，首先需將開關(guān)撥向下方，按下鍵ki（i=1,.16）后，發(fā)光二極管kli亮，表示該按鍵ki向?qū)?yīng)i/o口輸入了一個(gè)正脈沖。15、電源模塊電源模塊提供了豐富的直流電源。打開交流開關(guān)引入220v交流電，正常工作時(shí)pl0指示燈亮，只有打開

22、交流開關(guān)后，apw1、apw2直流開關(guān)才有效，打開apw1電源開關(guān)，正常工作時(shí)pl1指示燈亮，為系統(tǒng)提供+5v,+3.3v,+2.5v,+1.8v直流電源；打開apw2電源開關(guān)，正常工作時(shí)pl2、pl3指示燈亮，為系統(tǒng)提供+12v，-12v直流電源。另外+3.3v,+2.5v,+1.8v直流電源并非固定的，可以通過pw1，pw2，pw3電位器調(diào)節(jié)成不同的電壓，例如把1.8v電源調(diào)節(jié)成1.5v或1.2v，這樣使1.5v或1.2v系統(tǒng)成為可能，并且所有直流電源都通過插孔引出，為以后開發(fā)各種不同電源系統(tǒng)（尤其低電壓系統(tǒng)）適配板和擴(kuò)展板成為可能。16、分立元件模塊提供部分分立元件，有電阻、電容、熱敏電

23、阻、電位器等，主要為模擬實(shí)驗(yàn)提供方便。17、喇叭模塊提供了語音輸出功能，同時(shí)插孔speaker引出了i/o44。18、i/o插孔整個(gè)實(shí)驗(yàn)箱的i/o口分布框圖如圖2所示，核心芯片a（ep1k30qc208）共有141個(gè)i/o口，為了實(shí)現(xiàn)所有i/o口開放功能，通過插孔引出了所有i/o口，在圖2中描述了整個(gè)i/o分布的結(jié)構(gòu)框圖。i/o0-i/o44插孔分布已在上面各模塊中已作說明，共45個(gè)；適配板b插座分布了bi/o0-bi/o54，共55個(gè)i/o口，在主板系統(tǒng)上引出了7個(gè)i/o口插孔，分別為bi/o48-bi/o54，另外的bi/o0-bi/o47共48個(gè)i/o口通過擴(kuò)展板（數(shù)字邏輯學(xué)習(xí)板）引出，

24、數(shù)字邏輯學(xué)習(xí)板的介紹見本部分內(nèi)容四實(shí)驗(yàn)箱配置說明中的擴(kuò)展板說明部分；擴(kuò)展板c插座分布了ci/o0-ci/o40共41個(gè)i/o口，在主板系統(tǒng)上引出了1個(gè)i/o口插孔為i/o40，同樣所有ci/o0-ci/o40共41個(gè)也可以用擴(kuò)展板（數(shù)字邏輯學(xué)習(xí)板）引出，實(shí)現(xiàn)了所有i/o口開放的功能。19、核心芯片a（ep1k30qc208） 圖2 主板系統(tǒng)i/o分布框圖ep1k30qc208芯片為altera公司acex1k系列器件，其邏輯門為30000門（共有1728個(gè)le），片內(nèi)含有6個(gè)eab（24576bit），支持多電壓i/o接口（+2.5v、+3.3v、+5v）芯核電壓（vccint）為2.5v，i

25、/o口電壓（vccio）可以連接+2.5v或+3.3v。關(guān)于核心芯片的i/o口分布可見圖2主板系統(tǒng)i/o口分布框圖，相對(duì)應(yīng)核心芯片管腳分布如下頁圖所示。另外核心芯片的專用輸入腳輸入了特定時(shí)鐘值，可以用程序分頻得到100mhz以內(nèi)的任意分頻大小的值，從而豐富了時(shí)鐘分量。若想自行開發(fā)或?qū)W習(xí)其它類型的cpld/fpga（包括單片機(jī)，dsp芯片等）適配板時(shí)，核心芯片起到適配板與主板系統(tǒng)硬件連接的橋梁作用，實(shí)現(xiàn)適配板i/o免連線與i/o口完全開放的功能，另外為配合核心芯片的使用，我們將配一個(gè)eeprom芯片epc2lc20（選配），從而進(jìn)行掉電保護(hù)，所謂掉電保護(hù)是指fpga型芯片是ram存儲(chǔ)方式，斷電后

26、程序丟失，配置eeprom芯片后，在加電時(shí)自動(dòng)向目標(biāo)芯片加入程序，不需要再下載程序，故在有意于開發(fā)或有適配板的情況下建議購買eeprom芯片。20、適配板b插座適配板是通過主板適配板b插座連接在一起的，共有兩排80腳的插座con1、con2，自行設(shè)計(jì)時(shí)可參照如下圖所示引腳定義，con1的bi/o0-bi/o39通過一個(gè)40pin插座（cz1）引出，con2通過兩個(gè)40pin插座（cz20、cz21）引出，具體40pin插座引腳定義見40pin插座說明。另外說明的引腳定義中電源與時(shí)鐘引入定義跟擴(kuò)展板c插座（見擴(kuò)展板c插座說明）定義完全一致，所以適配板b插座和擴(kuò)展板c插座是互相兼容的，從而實(shí)現(xiàn)主板

27、（基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）+適配板b（擴(kuò)展板）+擴(kuò)展板c（適配板）的靈活結(jié)構(gòu)來構(gòu)造多重復(fù)雜系統(tǒng)。21、擴(kuò)展板c插座擴(kuò)展板是通過主板擴(kuò)展板c插座連接在一起的，共有兩排80腳的插座con3、con4，自行設(shè)計(jì)時(shí)可參照如下圖所示引腳步定義： 其中con3的ci/o0-ci/o39通過一個(gè)40pin插座（cz3）引出，con4通過兩個(gè)40pin插座（cz40、cz41）引出，具體40pin插座引腳定義見40pin插座說明。另外說明的引腳定義中電源與時(shí)鐘引入定義跟適配板b插座（見適配板b插座說明）定義完全一致，所以擴(kuò)展板c插座和適配板b插座是互相兼容的，從而實(shí)現(xiàn)主板（基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）+適配板b（擴(kuò)展板）+擴(kuò)展板c（

28、適配板）的靈活結(jié)構(gòu)來構(gòu)造多重復(fù)雜系統(tǒng)。22、40pin插座主板系統(tǒng)中提供了6個(gè)40pin插座（cz1、cz20、cz21、cz3、cz40、cz41）位置， 6個(gè)40pin引腳定義如下圖所示：由于整個(gè)主板系統(tǒng)已經(jīng)滿足到系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)要求，在沒有超過更復(fù)雜設(shè)計(jì)時(shí)40pin插座沒有焊上，我們僅提供升級(jí)用時(shí)的一個(gè)方便接口。比如我們開發(fā)一個(gè)上百萬門系統(tǒng)級(jí)芯片的適配板時(shí)，i/o口的個(gè)數(shù)有五、六百個(gè)之多，用在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱中的i/o口不會(huì)超過二百個(gè)，這樣的適配板浪費(fèi)了三、四百個(gè)i/o口，若實(shí)驗(yàn)箱級(jí)聯(lián)采用插孔連線方式來用這些i/o口，要求適配板有三、四百個(gè)i/o口插孔，這樣適配板的大小和連線的復(fù)雜度是不能容忍的，所

29、以我們采用40芯排線引入，這種方式為以后升級(jí)留下了很大的擴(kuò)展空間。四、實(shí)驗(yàn)箱配置說明1、pc機(jī)不同公司的芯片對(duì)應(yīng)不同的軟件，對(duì)pc機(jī)的要求都不同，本實(shí)驗(yàn)箱針對(duì)altera公司acex1k系列ep1k30qc208芯片，要求586或以上的ibm pc微機(jī)或兼容機(jī)，內(nèi)存需64mb以上，硬盤需1g以上。2、軟件采用maxplus ii 10.2版軟件，軟件的安裝與使用參見附帶光盤的學(xué)習(xí)課件。3、zy11eda13be型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要配置（1）主板系統(tǒng)主體實(shí)驗(yàn)箱 （必配）液晶fm12223a（或兼容型號(hào)）、epc2lc20芯片 （選配）（2）適配板主板系統(tǒng)中包含了altera公司acex1k系列ep1k

30、30qc208典型芯片，可不需要數(shù)字適配板，只配一塊lattice公司isppac10-01pi的模擬適配板就可以構(gòu)成數(shù)模系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)箱，若對(duì)其它適配板有興趣，推薦下面典型芯片的適配板。01、 altera公司ep1k100qc208-2數(shù)字適配板 （選配）02、 lattice公司isplsi1032e-70lj數(shù)字適配板 （選配）03、 xilinx公司xc95108-15pc84c數(shù)字適配板 （選配）04、 xilinx公司xcs30xl-5tq144c數(shù)字適配板 （選配）05、 lattice公司isppac10-01pi模擬適配板 （推薦選配）06、 lattice公司isppac20

31、-01ji模擬適配板 （選配）07、 lattice公司isppac80-01pi模擬適配板 （選配）（3）擴(kuò)展板擴(kuò)展板可以向不同專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展，熟悉主板系統(tǒng)后可以自行開發(fā)擴(kuò)展板，我們也可以定做任何適配板，目前選配五塊擴(kuò)展板。1、數(shù)字邏輯學(xué)習(xí)板 （推薦選配）2、點(diǎn)陣擴(kuò)展板 （推薦選配）3、單片機(jī)擴(kuò)展板 （推薦選配）4、通信擴(kuò)展板 （選配）5、語音適配板 （選配）五、選配的適配板與擴(kuò)展板功能介紹及使用說明1、點(diǎn)陣擴(kuò)展板可完成點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)與交通燈實(shí)驗(yàn)，具體i/o口分布如下圖所示，ci/o0-ci/o15(從低位到高位共16位)為一列的數(shù)據(jù)，通過ci/o16-ci/o19(從低位到高位共4位)作為列選信號(hào)

32、，通過74ls154分別選擇每一列，每顯示一個(gè)漢字需要送完16列，每列16位的數(shù)據(jù)量。ci/o20-ci/o31分別連接到交通燈的發(fā)光二極管l1-l12，送高電平發(fā)光二極管亮。2、單片機(jī)擴(kuò)展板單片機(jī)擴(kuò)展板提供vga接口，rs232接口，ps/2鍵盤接口，at89c51單片機(jī)，并完成相關(guān)接口實(shí)驗(yàn)。本模塊可配置單片機(jī)仿真機(jī)（選配），跟主板系統(tǒng)配合可完成單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。具體i/o口分布如下圖所示，reset按鍵為單片機(jī)復(fù)位按鍵， rs232接口與單片機(jī)串口都可以完成串口實(shí)驗(yàn)，j1、j2為串口實(shí)驗(yàn)選擇跳線引腳，跳線都連接1、2腳時(shí)，單片機(jī)串口與主板i/o口連接在一起；跳線都連接2、3腳時(shí)單片機(jī)串

33、口與微機(jī)串口連接（通過串行線連接rs232與微機(jī)接口）在一起。其它相關(guān)接口參見實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 六、主板系統(tǒng)i/o分布主板系統(tǒng)信號(hào)命名器 件名 稱器 件信 號(hào)兼 容器 件 名兼容器件信號(hào)核心芯片a（ep1k30qc208-2）管腳號(hào)管腳名備注主板硬件i/o分布表（i/o0i/o44）：i/o074ls1381塊（nu1） a液晶1塊（nu2）d77i/oi/o1bd68i/oi/o2cd59i/oi/o3數(shù)碼管8個(gè)（sm1-sm8）ad410i/o,clkusri/o4bd311i/oi/o5cd212i/oi/o6dd113i/oi/o7ed014i/oi/o8fa015i/oi/o9g/cs21

34、6i/o,rdynbusyi/o10h/cs117i/oi/o11a/dtlc55101塊（ju1）clk18i/oi/o12發(fā)光二極管16個(gè)（led1-led16）led1d119i/o，init donei/o13led2d224i/oi/o14led3d325i/oi/o15led4d426i/oi/o16led5d527i/oi/o17led6d628i/oi/o18led7d729i/oi/o19led8d830i/oi/o20led9d/atlc75241塊（ju2）db031i/oi/o21led10db136i/oi/o22led11db237i/oi/o23led12db33

35、8i/oi/o24led13db439i/oi/o25led14db540i/oi/o26led15db641i/oi/o27led16db744i/oi/o28撥位開關(guān)16個(gè)（kd1-kd16）微動(dòng)開關(guān)16個(gè)（k1-k16）開關(guān)指示燈16個(gè)（kl1-kl16）kd1/k1/kl145i/oi/o29kd2/k2/kl246i/oi/o30kd3/k3/kl347i/oi/o31kd4/k4/kl453i/oi/o32kd5/k5/kl554i/oi/o33kd6/k6/kl655i/oi/o34kd7/k7/kl756i/oi/o35kd8/k8/kl857i/oi/o36kd9/k9/kl

36、944小鍵盤16個(gè)(k17-k32)-v1-58i/oi/o37kd10/k10/kl10-v2-60i/oi/o38kd11/k11/kl11-v3-61i/oi/o39kd12/k12/kl12-v4-62i/oi/o40kd13/k13/kl13-h1-63i/oi/o41kd14/k14/kl14-h2-64i/oi/o42kd15/k15/kl15-h3-65i/oi/o43kd16/k16/kl16-h4-67i/oi/o44喇叭1個(gè)spk68i/o主板擴(kuò)展板c(適配板)i/o分布表（ci/o0ci/o40）：ci/o0擴(kuò)展板處80pin插座1個(gè)（con3）41個(gè)i/o部分8040

37、pin插座cz3169i/oci/o179270i/oci/o278371i/oci/o377473i/oci/o476574i/oci/o575675i/oci/o674783i/oci/o773885i/oci/o872986i/oci/o9711087i/oci/o10701188i/oci/o11691289i/oci/o12681390i/oci/o13671492i/oci/o14661593i/oci/o15651694i/oci/o16641795i/oci/o17631896i/oci/o18621997i/oci/o19612099i/oci/o206021100i/oci

38、/o215922101i/oci/o225823102i/oci/o235724103i/oci/o245625104i/oci/o255526111i/oci/o265427112i/oci/o275328113i/oci/o285229114i/oci/o295130115i/oci/o305031116i/oci/o314932119i/oci/o324833120i/oci/o334734121i/oci/o344635122i/oci/o354536125i/oci/o364437126i/oci/o374338127i/oci/o384239128i/oci/o394140131i

39、/oci/o4040132i/o-17-39-+12v電源部分16-+5v15-+3.3v14-+2.5v13-+1.8v12-gnd11-12v10-gck1時(shí)鐘源部分9-79global clkgck28-183global clkgck37-80ded.input32768hz6-78ded.input1024hz5-1hz4-4.194304m3-182ded.input12m2-100m1-184ded.inputcpin0擴(kuò)展板處80pin插座1個(gè)（con4）140pin插座2個(gè)cz40、cz41。-此處為擴(kuò)展板c的插座con4.-cpin7980-插座說明:擴(kuò)展板c處的插座con

40、4（80pin：1-80）分別與插座cz40（40pin：1-40）、cz41（40pin：41-80）一 一對(duì)應(yīng)相連。主板適配板b(擴(kuò)展板)i/o分布表（bi/o0bi/o54）：bi/o0適配板b處80pin插座1個(gè)（con1）55個(gè)i/o部分80-133i/obi/o179134i/obi/o278135i/obi/o377136i/obi/o476139i/obi/o575140i/obi/o674141i/obi/o773142i/obi/o872143i/obi/o971144i/obi/o1070147i/obi/o1169148i/obi/o1268149i/obi/o1367

41、150i/obi/o1466157i/o,data1bi/o1565-158i/o,data2bi/o1664-159i/o,data3bi/o1763-160i/obi/o1862-161i/o,data4bi/o1961-162i/o,data5bi/o2060-163i/obi/o2159-164i/o,data6bi/o2258-166i/o,data7bi/o2357-167i/obi/o2456-168i/obi/o2555-169i/obi/o2654-170i/obi/o2753-172i/obi/o2852-173i/obi/o2951-174i/obi/o3050-175i

42、/obi/o3149-176i/obi/o3248-177i/obi/o3347-179i/obi/o3446-180i/o,dev_clrnbi/o3545-186i/o,dev_oebi/o3644-187i/obi/o3743-189i/obi/o3842-190i/obi/o3941-191i/obi/o4040-192i/obi/o4139-193i/obi/o4238-195i/obi/o4337-196i/obi/o4436-197i/obi/o4535-198i/obi/o4634-199i/obi/o4733-200i/obi/o4832插孔7個(gè)bi/o48202i/obi/

43、o4931bi/o49203i/obi/o5030bi/o50204i/o,nrsbi/o5129bi/o51205i/obi/o5228bi/o52206i/o,nwsbi/o5327bi/o53207i/o,csbi/o5426bi/o54208i/o,ncs-25-17-+12v電源部分16-+5v15-+3.3v14-+2.5v13-+1.8v12-gnd11-12v10-gck1時(shí)鐘源部分9-79global clkgck28-183global clkgck37-80ded.input32768hz6-78ded.input1024hz5-1hz4-4.194304m3-182de

44、d.input12m2-100m1-184ded.inputbpin01-.適配板b處80pin插座1個(gè)（con2）.40pin插座2個(gè)cz20、cz21。-此處為適配板b的插座con2bpin7980-插座說明:適配板b處的插座con2（80pin：1-80）分別與插座cz20（40pin：1-40）、cz21（40pin：41-80）一 一對(duì)應(yīng)相連。核心芯片a（ep1k30qc208-2）非i/o口分布說明：名稱信號(hào)管腳分布管腳數(shù)核心電壓vccint 21、33、48、72、77、91、106、124、130、152、185、20112個(gè)用戶i/o口電壓vccio5、22、34、42、66

45、、84、98、110、118、138、146、165、178、19414個(gè)接地gnd int6、20、23、32、35、43、49、59、76、81、82、109、117、123、129、137、145、151、171、181、18821個(gè)jtag編程下載tck15個(gè)tdo4tms50trst51tdi153下載模式及芯片級(jí)連選擇nceo34個(gè)msel0107msel1108nce154rom配置epc2lc20conf_done25個(gè)nstatus52nconfig105dclk155data0156七、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 閑置不用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，關(guān)閉電源，拔下電源插頭。2、 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各種硬件設(shè)

46、備的安裝均應(yīng)在微機(jī)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)斷電的情況下進(jìn)行，嚴(yán)禁帶電操作。3、 電源的打開順序是：先打開交流開關(guān)，再打開直流開關(guān)，最后打開各個(gè)模塊的控制開關(guān)。電源關(guān)掉的順序剛好與此相反。4、 實(shí)驗(yàn)箱電路板上所有的芯片出廠時(shí)都經(jīng)過嚴(yán)格檢查，因此在做實(shí)驗(yàn)時(shí)切忌亂拔插芯片。特別是不要用手觸摸核心芯片a，靜電可能損壞此貼片芯片。5、 安裝下載板與擴(kuò)展板時(shí)注意雙排插針與雙排插座要一一對(duì)好后再插，若遇到阻力不要強(qiáng)行插入以免損壞器件，要檢查是否一一對(duì)應(yīng)好，是否錯(cuò)位，檢查好后再插入插座。6、 在拔出下載板與擴(kuò)展板時(shí)千萬要注意：不要用力過猛。用一只手向下按住插座，另一只手左右向上輕搖的方法拔出?；九渲弥杏玫搅藘蓧K擴(kuò)展板，插

47、上去后可以不用拔出，若要拔出，嚴(yán)禁讓學(xué)生操作，或者嚴(yán)格按照上面的方法操作，以免損壞器件。7、 在拔連接計(jì)算機(jī)并口的下載電纜線時(shí)，要拔插殼，不要直接去拉電纜線，否則會(huì)使連接在插殼內(nèi)的線斷掉，造成文件無法下載。8、 在使用連接線做實(shí)驗(yàn)時(shí)，連接線應(yīng)該輕輕插上和輕輕拔出，以提高連接線的使用壽命。9、 實(shí)驗(yàn)板的使用和保存必須仔細(xì)謹(jǐn)慎，防止實(shí)驗(yàn)板非正常損壞。10、 如果在實(shí)驗(yàn)中由于操作不當(dāng)或其它原因出現(xiàn)異常情況，如數(shù)碼管顯示不穩(wěn)閃爍，芯片發(fā)燙等。首先應(yīng)立即斷電，然后報(bào)告老師，排除故障后方可繼續(xù)使用。切忌無視現(xiàn)象，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，以免造成嚴(yán)重的后果。11、 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是針對(duì)主板系統(tǒng)的核心芯片ep1k30q