[工学]EDA实验讲义PK2.doc
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1、目 录第一章 GW48 EDA/SOC系统使用说明 第一节 GW48教学实验系统原理与使用介绍(GW48-PK2、GW48-CK、GW48-EK系统)第二节 实验电路结构图第三节 GW48CK/GK/EK/PK2 系统万能接插口与结构图信号/与芯片引脚对照表第四节 GWDVP-B电子设计竞赛应用板使用说明第二章 特殊实验开发系统、仪表、应用板及重要适配板使用说明第一节 GWAK30/50、GWAK30/50+、GWAK30/50Z、GWAK30/50Z+适配板使用说明 第二节 现代计算机组成原理适配板、GWAK100、GWAK100+适配板使用说明第三节 GW48-DSP适配板使用说明第四节
2、GW48-SOPC/Z适配板使用说明第五节 GWDS-Z型数字扫频信号源使用说明第六节 GWCNF-K型FPGA掉电保护高速配置器使用说明第七节 GW48-SOPC、GW48-SOPC+适配板使用说明第八节 GW48-DSP+、GW48-DSP+适配板使用说明第三章 全国大学生电子设计竞赛赛题练习:等精度频率计设计第四章 VHDL文本输入设计方法初步实验系列A 【实验1】1位全加器VHDL文本输入设计;【实验2】2选1多路选择器VHDL设计;【实验3】8位硬件加法器VHDL设计;【实验4】含异步清0和同步时钟使能的4位加法计数器;【实验5】7段数码显示译码器设计;【实验6】数控分频器的设计;【
3、实验7】用状态机实现序列检测器的设计;【实验8】用状态机对ADC的采样控制电路实现;【实验9】波形发生与扫频信号发生器电路设计;实验系列B(以下实验可参考EDA技术实用教程,此书联系购买信息见最后一页);【实验1】1位全加器原理图输入设计;【实验2】有时钟使能的两位十进制计数器原理图输入设计;【实验3】两位十进制频率计原理图输入设计;【实验4】8位串入并出寄存器原理图输入设计;【实验5】4位十进制频率计设计;【实验6】含有FIFO存储器的A/D采样控制电路设计;【实验7】硬件电子琴电路设计;【实验8】硬件的乐曲自动演奏电路设计;【实验9】原理图输入设计含LPM的电路;【实验10】;移位相加8位
4、硬件乘法器电路设计;【实验11】 FPGA、单片机及PC机接口控制电路设计 ;【实验12】虚拟示波器与频谱分析电路设计;【实验13】直接数字综合(DDS)电路设计;【实验14】 FIR数字滤波器设计;第五章 模拟EDA实验及其设计软件使用向导第六章 GW48-PK2主系统LCD液晶屏使用方法第七章 GWDVP-B电子设计竞赛板LCD液晶显示控制说明第一章 GW48 SOPC/EDA系统使用说明11 第一节 GW48教学实验系统原理与使用介绍 一、GW48系统使用注意事项 (用户必读!) a:闲置不用GW48系统时,必须关闭电源,拔下电源插头! b:EDA软件安装方法可参见光盘中相应目录中的中文
5、README.TXT;详细使用方法可参阅本讲义或EDA技术实用教程中的相关章节。 c:在实验中,当选中某种模式后,要按一下右侧的复位键,以使系统进入该结构模式工作。 d:换目标芯片时要特别注意,不要插反或插错,也不要带电插拔,确信插对后才能开电源。其它接口都可带电插拔。请特别注意,尽可能不要随意插拔适配板,及实验系统上的其他芯片。 e:PC机的并行口工作模式设置在“EPP”模式! g: GW48更详细的使用方法可参见EDA技术实用教程配套教学软件*.ppt。h: 对于GW48-GK/PK2系统,主板左侧“上开关”默认向下,关闭+/-12V电源;“下开关”默认向上,允许下载。i: 跳线座“SPS
6、” 默认向下短路(PIO48);右侧开关默认拨向“TO MCU”。j: 对于GW48-GK/PK2系统,左下角拨码开关除第4档“DS8使能”向下拨(8数码管显示)外,其余皆默认向上。k:对于右下角的“时钟频率选择”区的“clock0”上的短路帽,平时不要插在50/100M高频处,以免高频辐射。二、GW48系统主板结构与使用方法以下将详述GW48系列EDA实验开发系统(GW48-PK2、GK、EK、CK)结构与使用方法,对于这4中型号的不同之处将给予单独指出。GW48-EK系统与CK系统类似,未列出结构图。该系统的实验电路结构是可控的。即可通过控制接口键,使之改变连接方式以适应不同的实验需要。因
7、而,从物理结构上看,实验板的电路结构是固定的,但其内部的信息流在主控器的控制下,电路结构将发生变化-重配置。这种“多任务重配置”设计方案的目的有3个:1.适应更多的实验与开发项目;2. 适应更多的PLD公司的器件;3. 适应更多的不同封装的FPGA和CPLD器件。系统板面主要部件及其使用方法说明如下(请参看相应的实验板板面)。以下是对GW48系统主板功能块的注释,但请注意,有的功能块仅GW48-GK或GW48-PK2系统存在。图1-1 GW48 EDA系统电子设计二次开发信号图 (1) “模式选择键”:按动该键能使实验板产生12种不同的实验电路结构。这些结构如第二节的13 张实验电路结构图所示
8、。例如选择了“NO.3”图,须按动系统板上此键,直至数码管“模式指示”数码管显示“3”,于是系统即进入了NO.3 图所示的实验电路结构。(2) 适配板:这是一块插于主系统板上的目标芯片适配座。对于不同的目标芯片可配不同的适配座。可用的目标芯片包括目前世界上最大的六家FPGA/CPLD厂商几乎所有CPLD、FPGA和所有ispPAC等模拟EDA器件。第三节的表中已列出多种芯片对系统板引脚的对应关系,以利在实验时经常查用。 (3) ByteBlasterMV编程配置口:如果要进行独立电子系统开发、应用系统开发、电子设计竞赛等开发实践活动,首先应该将系统板上的目标芯片适配座拔下,用配置的10芯编程线
9、将“ByteBlasterMV”口和独立系统上适配板上的10芯口相接,进行在系统编程(如GWDVP-B板),进行调试测试。“ByteBlasterMV”口能对不同公司,不同封装的CPLD/FPGA进行编程下载。编程的目标芯片和引脚连线可参考图1-1,从而进行二次开发。(4)ByteBlasterII编程配置口:该口主要用于对Cyclone系列AS模式专用配置器件EPCS4和EPCS1编程。 (5) 混合工作电压源:系统不必通过切换即可为CPLD/FPGA目标器件提供5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.5V工作电源,此电源位置可参考图1-1。唯一需要切换的是1.8V和1.5V,如果希望将图1
10、-1上1.8V位置的电压换成1.5V(如用于Cyclone系列器件),应该打开主系统板,对箱内电源板上的跳线接插于“1.5V”即可。(6)JP5编程模式选择跳线:(仅GW48-PK2型含此)。使如果要对Cyclone的配置芯片进行编程,应该将挑选接于“ByBtII”端,在将标有“ByteBlasterII” 编程配置口与适配板上EPCS4/1的AS模式下载口用10芯线连接起来通过QuartusII进行编程。当短路“Others”端时,可对其它所有器件编程,端口信号参考图1-1。(7)JP6/JVCC/VS2编程电压选择跳线:跳线JVCC(GW48GK/PK2型标为“JP6”)是对编程下载口的选
11、择跳线。对5V器件,如10K10、10K20、7128S、1032、95108等,必须选“5.0V”。而对低于或等于3.3V的低压器件,如1K30、1K100、10K30E、20K300、Cyclone、7128B等一律选择“3.3V”一端。 (8)并行下载口:此接口通过下载线与微机的打印机口相连。来自PC机的下载控制信号和CPLD/FPGA的目标码将通过此口,完成对目标芯片的编程下载。计算机的并行口通信模式最好设置成“EPP”模式。 (9)键1键8 :为实验信号控制键,此8个键受“多任务重配置”电路控制,它在每一张电路图中的功能及其与主系统的连接方式随模式选择键的选定的模式而变,使用中需参照
12、第二节中的电路图。(10)键9键14 :(GW48GK/PK2型含此键)此6个键不受“多任务重配置”电路控制,由于键信号速度慢,所以其键信号输入口是全开放的,各端口定义在插座“JP8”处,可通过手动节插线的方式来实用,键输出默认高电平。注意,键1至键8是由“多任务重配置”电路结构控制的,所以键的输出信号没有抖动问题,不需要在目标芯片的电路设计中加入消抖动电路,这样,能简化设计,迅速入门。但设计者如果希望完成键的消抖动电路设计练习,必须使用键9至键14来实现。 (11)数码管18/发光管D1D16 :受“多任务重配置”电路控制,它们的连线形式也需参照第二节的电路图。 (12)“时钟频率选择” :
13、位于主系统的右小侧,通过短路帽的不同接插方式,使目标芯片获得不同的时钟频率信号。对于“CLOCK0”,同时只能插一个短路帽,以便选择输向“CLOCK0”的一种频率:信号频率范围:0.5Hz50MHz。由于CLOCK0可选的频率比较多,所以比较适合于目标芯片对信号频率或周期测量等设计项目的信号输入端。右侧座分三个频率源组,它们分别对应三组时钟输入端:CLOCK2、CLOCK5、CLOCK9。例如,将三个短路帽分别插于对应座的2Hz、1024Hz和12MHz,则CLOCK2、CLOCK5、CLOCK9分别获得上述三个信号频率。需要特别注意的是,每一组频率源及其对应时钟输入端,分别只能插一个短路帽。
14、也就是说最多只能提供4个时钟频率输入FPGA:CLOCK0、CLOCK2、CLOCK5、CLOCK9。 (13)扬声器:目标芯片声讯输出,与目标芯片的“SPEAKER”端相接,通过此口可以进行奏乐或了解信号的频率,它与目标器件的具体引脚号,应该查阅本章第3节的表格。(14) PS/2接口:通过此接口,可以将PC机的键盘和/或鼠标与GW48系统的目标芯片相连,从而完成PS/2通信与控制方面的接口实验,GW48-GK/PK2含另一PS/2接口,参见实验电路结构 NO.5。 (15)VGA视频接口:通过它可完成目标芯片对VGA显示器的控制。详细连接方式“实验电路结构图”。(16) 单片机接口器件:它
15、与目标板的连接方式也已标于主系统板上:连接方式可参见附图2-13。注1、对于GW48-GK/PK2系统,实验板右侧有一开关,若向“TO_ FPGA”拨,将RS232通信口直接与FPGA相接;若向“TO_MCU”拨,则与89C51单片机的P30和P31端口相接。于是通过此开关可以进行不同的通信实验,详细连接方式可参见附图2-13。平时此开关应该向“TO_MCU”拨,这样可不影响FPGA的工作!注2、GW48-EK系统上的用户单片机89C51的各引脚是独立的(时钟已接12MHz),没有和其他任何电路相连,实验时必须使用连接线连接,例如,若希望89C51通过实验板右侧的RS232口与PC机进行串行通
16、信,必须将此单片机旁的40针座(此座上每一脚恰好与89C51的对应脚相接)上的P30、P31分别与右侧的TX30、RX30相接。 (17) RS-232串行通讯接口:此接口电路是为FPGA与PC通讯和SOPC调试准备的。或使PC机、单片机、FPGA/CPLD三者实现双向通信。对于GW48-EK系统,其通信端口是与中间的双排插座上的TX30、RX31相连的。(18)“AOUT” D/A转换 :利用此电路模块(实验板左下侧),可以完成FPGA/CPLD目标芯片与D/A转换器的接口实验或相应的开发。它们之间的连接方式可参阅“实验电路结构 NO.5” :D/A的模拟信号的输出接口是“AOUT”,示波器
17、可挂接左下角的两个连接端。当使能拨码开关8:“滤波1”时,D/A的模拟输出将获得不同程度的滤波效果 。注意,进行D/A接口实验时,需打开系统上侧的+/-12V电源开关(实验结束后关上此电源!)。 (19)“AIN0”/“AIN1”:外界模拟信号可以分别通过系统板左下侧的两个输入端“AIN0”和“AIN1”进入A/D转换器ADC0809的输入通道IN0和IN1,ADC0809与目标芯片直接相连。通过适当设计,目标芯片可以完成对ADC0809的工作方式确定、输入端口选择、数据采集与处理等所有控制工作,并可通过系统板提供的译码显示电路,将测得的结果显示出来。此项实验首先需参阅第二节的“实验电路结构N
18、O.5”有关0809与目标芯片的接口方式,同时了解系统板上的接插方法以及有关0809工作时序和引脚信号功能方面的资料。注意:不用0809时,需将左下角的拨码开关的“A/D使能”和“转换结束”打为禁止:向上拨,以避免与其他电路冲突。 ADC0809 A/D转换实验接插方法(如实验电路结构 NO.5图所示):1 左下角拨码开关的“A/D使能”和“转换结束”拨为使能:向下拨,即将ENABLE(9)与PIO35相接;若向上拨则禁止,即则使ENABLE(9)0,表示禁止0809工作,使它的所有输出端为高阻态。2左下角拨码开关的“转换结束”使能,则使EOC(7)PIO36,由此可使FPGA对ADC0809
19、的转换状态进行测控。 (20) VR1/“AIN1”:VR1电位器,通过它可以产生0V+5V 幅度可调的电压。其输入口是0809的IN1(与外接口AIN1相连,但当AIN1插入外输入插头时,VR1将与IN1自动断开)。若利用VR1产生被测电压,则需使0809的第25脚置高电平,即选择IN1通道,参考“实验电路结构NO.5”。 (21) AIN0的特殊用法 :系统板上设置了一个比较器电路,主要以LM311组成。若与D/A电路相结合,可以将目标器件设计成逐次比较型A/D变换器的控制器件参考“实验电路结构NO.5”。 (22) 系统复位键:此键是系统板上负责监控的微处理器的复位控制键,同时也与接口单
20、片机和LCD控制单片机的复位端相连。因此兼作单片机的复位键。(23) 下载控制开关 :(仅GW48GK/PK型含此开关)在系统板的左侧的开关。当需要对实验板上的目标芯片下载时必须将开关向上打(即“DLOAD”);而当向下打(LOCK)时,将关闭下载口,这时可以将下载并行线拔下而作它用(这时已经下载进FPGA的文件不会由于下载口线的电平变动而丢失);例如拔下的25芯下载线可以与GWAK30+/或GWAK100+/GW48-SOC+等适配板上的并行接口相接,以完成类似逻辑分析仪方面的并行通信实验。(24) 跳线座SPS :短接“T_F”可以使用“在系统频率计”。频率输入端在主板右侧标有“频率计”处
21、。模式选择为“A”。短接“PIO48”时,信号PIO48可用,如实验电路结构图NO.1中的PIO48。平时应该短路“PIO48”。(25) 目标芯片万能适配座CON1/2 :在目标板的下方有两条80个插针插座(GW48-CK系统),其连接信号如图1-1所示,此图为用户对此实验开发系统作二次开发提供了条件。此二座的位置设置方式和各端口的信号定义方式与综合电子设计竞赛开发板GWDVP-B完全兼容! 对于GW48-GK/PK2/EK系统,此适配座在原来的基础上增加了20个插针,功能大为增强。增加的20插针信号与目标芯片的连接方式可参考“实验电路结构NO.5”和附图2-13第3节表格。GW48-EK系
22、统中此20的个插针信号全开放。(26)左拨码开关 :(仅GK/PK2/EK型含此开关)拨码开关的详细用法可参考实验电路结构 NO.5图和附图2-13。(27)ispPAC下载板 :对于GW48-GK系统,其右上角有一块ispPAC模拟EDA器件下载板,可用于模拟EDA实验中对ispPAC10/20/80等器件编程下载用,详细方法请看光盘中EDA技术实用教程配套教学软件实验演示部分:“模拟EDA实验演示”的POWER POINT。(28)8X8数码点阵 :(仅GW48-GK型含此)在右上角的模拟EDA器件下载板上还附有一块数码点阵显示块,是通用共阳方式,需要16根接插线和两根电源线连接。详细方法
23、请看“实验演示”的POWER POINT。(29)+/-12V电源开关:位置在实验板左上角。有一指示灯。此电源主要提供的对象有:1)实验板上与082、311及D/A器件DAC0832相关的实验;2)模拟信号发生源;3)GW48-DSP/DSP+适配板上的D/A及参考电源;此电源输出口可参见图1-1。平时,此电源必须关闭!(30)智能逻辑笔:(仅GK/PK2型含此)逻辑信号由实验板左侧的“LOGIC PEN INPUT”输入。测试结果:“高电平”:判定为大于3V的电压;亮第1个发光管。“低电平”:判定为小于1V的电压;亮第2个发光管。“高阻态”:判定为输入阻抗大于100K欧姆的输出信号;亮第3个
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