1 导言
现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现是超大规模集成电路(VISI)技能和计算机辅助规划(CAD)技能开展的效果。FPGA器材集成度高、体积小，具有经过用户编程完结专门运用的的功用。它答应电路规划者运用依据计算机的开发渠道，经过规划输入、仿真、测验和校验，直到到达预期的效果。运用FPGA能够大大缩短体系的研发周期，削减资金投入。更吸引人的是选用FPGA器材能够将本来的电路板级产品集成为芯片级产品，然后降低了功耗，进步了可靠性，一起还能够很便利的对规划进行在线修正。FPGA器材成为研发开发的抱负器材，特别适于产品的样机开发和小批量出产，因而人们也把FPGA称为可编程的ASIC。
能够判定FPGA在结构、密度、功用、速度和灵敏性方面将得到进一步的开展。跟着工艺和结构的改善，FPGA的集成度将进一步进步，性能将进一步完善，本钱将逐步下降，在现代电子体系规划中将起到越来越重要的效果。
2 硬件电路规划及原理
2.1 硬件电路全体结构
本规划的开发板电路包含6个部分：下载电路、下载接口、FPGA、电源电路、和扩展接口。其电路结构框图如下：
2.1.1主芯片EPlC3T144C8
Altera Cyclone系列FPGA是A1tera公司2003年9月份推出的，依据1.5v，O.13μm工艺，Cyclone是一个性价比很高的FPGA系列。其间EPlC3T144是Cyclone系列中的一员，共有2910逻辑单元，59904RAM bits，1个PLLs，最多有104个用户I/O，能够说这款FPGA的资源十分丰厚，满意满意大型规划的需求。
本规划选用Altera公司的Cyclone系列芯片，芯片型号为EPlC3T144C8，由于该芯片是Altera公司推出的低价格、高容量的FPGA，其以较低的价格、优秀的特性及丰厚的片上资源在实践运用中被广泛的选用，这些都是其他同类产品无法比较的。
EPlC3T144C8芯片选用1.5V内核电压，0.33 μmSRAM工艺，与其他同类产品比较具有以下特色：
(1)逻辑资源丰厚，逻辑单元(LE)数量为2910个。
(2)有104个可用I/O引脚，I/O输出能够依据需求调整驱动才能，并具有压摆率操控、三态缓冲、总线坚持等功用：整个器材的I/0引脚分为四个区，每个区能够独立选用不同的输入电压，并可供应不同电压等级的I/0输出。
(3)多电压接口，支撑LVTTL，LVCMOS，LVDS等I/0规范。
(4)灵敏的时钟办理，片内配有一个锁相环(PLL)电路，能够供应输入时钟的1～32倍频或分频、156～417ps相移和可变占空比的时钟输出，输出时钟的特性可直接在开发软件Quartos II里设定。经锁相环输出的时钟信号既能够作为内部的大局时钟，也能够输出到片外供其它电路运用。
(5)内有SignalTap嵌入式逻辑分析器，极大地便利了规划者对芯片内部逻辑进行检查，而不需求将内部信号输出到I/O管脚上。
2.2 规划电路模块及原理
2.2.1 下载线电路
Altera器材的编程衔接硬件包含：ByteBlaster并口下载电缆、ByteBlasterMV并口下载电缆、MasterBlaster串口/USB通讯电缆、BitBlaster串口下载电缆。 本规划选用了ByteBlasterMV串口口下载电缆。
ByteBlasterMV串口下载电缆选用两种下载形式：被迫串行形式和JTAG仿真下载形式。
◆.被迫串行形式(PS)
为了运用ByteBlasterMV并口下载电缆装备1.5VCyclone系列EPlC3T144，3.3V电源中应该衔接上拉电阻，电缆的VCC脚衔接到3.3V电源，而器材的VCCINT引脚连到相应的1.5V电源。关于PS装备，器材的VCCIO引脚有必要连到2.5V或3.3V电源。关于JTAG在线装备和在线编程，电缆的VCC引脚有必要衔接3.3V电源。
ByteBlasterMV并口下载电缆与PC机相连的是25针插头，与PCB电路板相连的是10针插座。数据从PC机并口经过ByteBlasterMV并口电缆下载到电路板。
2.2.2 电源电路
选用LMl086系列芯片为电路供应安稳的电源。LMl086是一系列作业在1.5A负载电流下，最大输出电流为1.5A的低输出电压操控器。在本规划中用于为FPGA供应1.5V和3.3V电源电压。该芯片的首要特色：
(1). 能够得到2.85V、3.3V、5.0V电压并且有不同的版别。
(2).电流约束和热维护。
(3).1.5A输出电流。
该电路将5.0V的电源电压从左端输入转化为3.3V从电路右端输出，选用的芯片是LMl086IS一3.3，为电路中需求3.3V电源电压的部分供应电压。其间F1为保险丝，能够维护电路。D1是稳压管，使电源电压愈加安稳。电路中电容均为滤波之用，C2、C4为高频滤波电容，Cl、C3、C5为低频滤波电容。
将3.3V的电源电压从左端输入转化为1.5V从电路右端输出，选用的芯片是LMl086IS—ADJ，该电路同上边的电源部分原理根本相同该芯片输出电压可调，为电路中需求1.5V电源电压的部分供应电压。该电路同上边的屯源部分原理根本相同电路的这两部分选用了LMl086系列芯片，电路中接有滤波电容，使整个电路规划十分合理输出十分安稳，能够别离担负起为电路供应安稳的3.3V、1.5V电压的的效果，确保了电路的正常作业。
2.2.3 电源监控及复位电路
本规划的复位电路选用的芯片是IMP811。IMP811是低电压电源监控器，它的效果是用来监控供应微处理器、微操控器和其他一些数字体系的3.0V、3.3V、5.OV电源电压。在本电路中用于监控FPGA的3.3V电源电压，并且是复位电路的重要组成部分。它的首要特色有：
(1).6μA输出电流。
(2).可监督3.OV、3.3V、5.0V电源电压。
(3).手艺复位输入。
(4).电压低于1.1V复位有用。
依据关于该芯片的介绍可知电路的作业原理如下：
当输入的电源电压VCC3.3不安稳即超出了IMP811答应的规模时，芯片会主动由nReset输出复位信号对电路进行维护，避免电路的元器材被烧坏别的，此电路还有手动复位键RESETl，可由IMP81l的nMR输入，为电路供应手动复位信号，用于在电路不能正常作业时，将整个电路重新启动。
2.2.4 其他电路规划
1. 本规划的各个电源都接有0.1μ退偶电容，这些电容在做板时有必要摆在各个芯片周围用来滤除电源中的高频杂波，确保电路中各个芯片正常作业。
2. 本规划选用的晶振为50MHZ，它能够为整个电路供应时钟信号。
3.本规划的FPGA中配有一个锁相环，由1.5V电源经过滤波电路为其供应作业电压。
3 结束语
本论文结合FPGA结构原理和元件特性及EDA规划技能，对开发板的规划进行了研讨，完结的首要作业及效果如下：完结了依据FPGA的开发板方案规划;完结了开发板的硬件电路规划总体规划及功用模块区分。
本论文需求改善及进一步完善的作业首要有：
1.由电路的结构原理能够看出，本规划只做了外围电路的接口，没有完结与之配套的外围电路规划。为此，能够进一步规划更多的外围扩展电路来完结不同的扩展功用。
2.本论文首要针对的是开发板硬件的规划、原理，对软件方面做的作业不多。这也是需求进一步的完善，能够经过更多的软件规划来检测和完结开发板的功用。鉴于作者时刻和水平的有限，论文中必有许多过错和缺乏，期望得到教师们的批判和纠正。
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