导言
大学生电子比赛标题以模仿电子、数字电子、可编程逻辑器材及单片机技能为中心， 触及电子仪器仪表、通讯、高频无线电、自动操控等多学科内容。2007 年电子规划比赛组委会专家指出： 电子规划比赛的开展趋势将以模电、数电、FP2GA 为要点。因此， 关于参赛队员来说要取得较好的成果， 挑选适宜的标题并进行训练至关重要。笔者针对以FPGA 为中心的比赛标题特色及比赛元器材要求， 规划制作了比赛电路板， 组成框图如图1 所示。
图1 电子比赛电路板组成框图
本规划首要包含3 个部分： 单片机扩展电路、FPGA 中心电路、高速A/ D 和D/ A 转化电路。其间单片机扩展电路首要包含振荡电路、液晶显现模块接口、按键、复位电路等，这部分既能够进行根本的单片机试验， 还可认为FPGA 中心电路供给操控信号及运用FPGA 的资源等； FPGA 中心电路部分首要由电源、J TAG 下载、AS 下载、输入输出电路等组成； 高速A/ D 和D/ A 转化电路具有一路模仿信号输入、两路模仿信号输出。规划将3 部分有机地结合在一起， 组成了一个试验体系， 它既能够完结等精度频率计、DDS 信号发生器、数字示波器等比赛标题的规划， 又能够用于赛前训练。
1 电路规划
1. 1 FPGA 中心电路板。
1. 1. 1 FPGA 芯片挑选
FPGA 是英文Field Programmable Gate Array 的缩写， 即现场可编程门阵列， 它是在PAL， GAL， EPLD 等可编程器材的根底上进一步开展的产品。它是作为专用集成电路（ ASIC）领域中的一种半定制电路而呈现的， 既处理了定制电路的缺乏， 又克服了原有可编程器材门电路数量有限的缺陷。
经过剖析近几届电子规划比赛中的标题， 发现规划标题对FPGA 的功用要求不是太高， 一般常用的FPGA 都能满意规划要求。经过比较， 知道Alter a 公司的Cyclone 系列FPGA具有低成本的特色， 并且平衡了逻辑、存储器、锁相环和高档I/ O 接口。所以Cyclone 系列FPGA 是规划的最佳挑选。
Altera 公司Cyclone 系列中的EP1C3， EP1C6， EP1C12彻底能够满意规划标题要求， 所以能够从这几种芯片里挑选FPGA.归纳比较挑选了EP1C6 系列的芯片， 这个系列中的EP1C6T 144C8 彻底能够满意电子大赛的要求。并且EP1C6T 144C8 也支撑SOPC （ System On Pr ogrammingChip） ， 能够完结嵌入式的软CPU（ 如NIOSII 等） ， 为嵌入式电子规划供给了又一种挑选。所以在此挑选EP1C6T144C8作为此规划的FPGA 芯片。EP1C6T144C8 内部具有5 980个逻辑单元（ LE） 、20 个M4K RAM 块、92 160 位嵌入式RAM、2 个锁相环、96 个I/ O 口， 支撑AS、JTAG 下载， 选用TQFP144 封装方式。
1. 1. 2 FPGA 电路板规划
EP1C6T144C8 是144 脚的FPGA 芯片， 引脚分类及功用如下：
（ 1） 电源引脚。运用3. 3 V 电压作为供电电源， 可认为满意各种数据传输规范的输出缓存器的供给电源， 也可认为满意LVT TL， LVCMOS， 各种PCI 接口规范的输入缓存器供给电源。
（ 2） 内部逻辑门的电源引脚。运用11 5 V 电压作为供电电源， 可认为满意LVDS， SSTL2， SST L3 接口规范的输入缓存器供给电源。
（ 3） 锁相环的电源引脚。锁相环的电源不管是否运用，有必要将此引脚连接到11 5 V 供电电源。
（ 4） 装备引脚。包含为JTAG 鸿沟扫描测验装备接口和AS 自动串行装备接口。
（ 5） 用户I/ O 口引脚。FPGA 芯片的用户I/ O 引脚为96个， 经过双排插座引出。这些接口分为3 类： 与单片机的接口、扩展接口、与A/ D 转化器及D/ A 转化器的接口。
（ 6） 时钟引脚。选用50 MH z 有源晶振， 输出时钟信号经低阻值电阻缓冲后接CLK0， 即FPGA 的管脚16.
1. 2 单片机扩展接口电路规划
1. 2. 1 单片机
80C51 系列单片机作为8 位单片机事实上的工业规范，世界上很多电气公司都出产其系列产品， 有广泛的挑选及运用根底。如ATMEL 公司的AT 89C5X， AT89S5X， NXP 公司的P89C5X， P89V5X 等。本规划挑选了NXP 公司的P89V51RD2 单片机， 该单片机片内具有64 K 字节的可重复擦写的可在线下载编程的（ ISP） FLASH 程序存储器和256字节的RAM、1 K 字节的扩展RAM、32 个I/ O 口、3 个可编程守时计数器、一个串行口、一个SPI 接口等功用。
1. 2. 2 液晶显现模块
选用128@64 具有中文汉字库的图形点阵液晶显现模块， 内含8 192 个16@16 点中文字型和128 个16@8 半宽的字母符号字型； 别的绘图显现画面供给一个64@256 点的绘图区域GDRAM; 并且内含CGRAM 供给4 组软件可编程的16@16 点阵造字功用。电源操作规模宽（ 21 7 V to 51 5 V） ，低功耗规划可满意产品的省电要求； 一起与单片机等微控器的接口界面灵敏（ 3 种方式： 并行8 位/ 4 位， 串行3 线/ 2 线） 。
中文液晶显现模块可完结汉字、ASCII 码、点阵图形的同屏显现， 广泛用于各种仪器仪表、家用电器和信息产品上，并作为显现器材。中文液晶显现模块具有上/ 下/ 左/ 右移动当时显现屏幕及铲除屏幕的指令， 具有光标显现/ 闪耀操控指令及封闭显现指令。预留多种操控线（ 复位/ 串并挑选/ 亮度调整） 供用户灵敏运用。
1. 2. 3 键盘
扩大16 个按键组成4@4 矩阵方式与单片机的P1 口相连。
1. 2. 4 与FPGA 接口
单片机的P0 口， P2 口， RD， WR， ALE 别离经100 8 电阻与FPGA 预留I/ O 口相连。
1. 2. 5 RS232 接口
扩大MAX232 串口芯片， 扩展串行口， 能够完结单片机与PC 机的串行通讯、在线下载程序。
1. 3 高速模数转化器和数模转化器电路
1. 3. 1 高速模数转化器
因为FPGA 为高速器材， 为完结速度匹配， 本规划选用高速A/ D 转化器TLC5510.它是由美国T I 公司出产的新式模数转化器材（ ADC） ， 是一种选用CMOS 工艺制作的8位高阻抗并行A/ D 转化芯片， 能供给的最高采样率为20MSPS.因为TLC5510 选用了半闪速结构及CMOS 工艺， 因此大大减少了器材中比较器的数量， 并且在高速转化的一起能够坚持较低的功耗。在引荐作业条件下， T LC5510 的功耗仅为130 mW.因为TLC5510 不只具有高速的A/ D 转化功用， 并且还带有内部采样坚持电路， 然后大大简化了外围电路的规划。一起， 因为其内部带有规范分压电阻， 因此能够从+ 5 V 的电源取得2 V 满刻度的基准电压。TLC5510 可运用于数字T V、医学图画、视频会议、高速数据转化以及QAM 解调器等方面。T LC5510为24 引脚、SO、PSOP 表贴封装方式。
1. 3. 2 高速数模转化器
高速D/ A 转化器选用了TI 公司出产的TH S5651A， 该芯片是经特别优化的用于有线和无线数据传输的10 位数模转化器。该芯片的制作选用了先进的高速混合信号CMOS工艺， 转化速率达125 MSPS.片上具有11 2 V 参阅电压、D/ A转化输出为电流型， 电流规模为2 mA- 20 mA.功耗是5 V 作业时为175 mW， 作业在SLEEP 方式时为25 mW、封装为282引脚SOIC或TSSOP 封装。
1. 3. 3 高速运算扩大器
为了与高速A/ D、D/ A 转化器速度相匹配， 电路规划中还运用了美国TI 公司出产的TH S4001 高速电压负反馈运算扩大器。其带宽可达270 MHz、转化速率达400 V/Ls， 能很好地完结体系的扩大缓冲功用， 以满意体系性能指标要求。
2 结语
本规划的电子比赛电路板选用了MCU + FPGA 结构，单片机担任数据处理、操控显现等作业； FPGA 担任高速数据收集、数模转化作业。一起， FPGA 还可认为单片机供给存储器及I/ O 口等资源。在PCB 规划时， 特别要注意采纳抗干扰办法， 如在电路中要恰当装备去藕电容、数字地与模仿地别离， 最终在一点接于电源地等。本规划在地线的规划方面， 运用了屏蔽地、数字地和模仿地， 它们别离与电源地相连， 做到了数字电流不流经模仿器材， 高速电流不流经低速器材。本文触及的电路经过调试， 各个模块能够到达预期的功用， 该电路板能够用于电子规划比赛和一些电子产品的开发。
