【E課堂】幾組實(shí)用FPGA原理設(shè)計(jì)圖

　　FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA的開發(fā)相對于傳統(tǒng)PC、單片機(jī)的開發(fā)有很大不同。FPGA以并行運(yùn)算為主，以硬件描述語言來實(shí)現(xiàn);相比于PC或單片機(jī)(無論是馮諾依曼結(jié)構(gòu)還是哈佛結(jié)構(gòu))的順序操作有很大區(qū)別，也造成了FPGA開發(fā)入門較難。

　　時(shí)至今日，F(xiàn)PGA市場的主要業(yè)者僅剩數(shù)家，包括Altera、Xilinx(賽靈思，過去稱為：智霖科技)、Actel、Atmel、Lattice、QuickLogic等，不過2007年11月QuickLogic也確定淡出FPGA市場，并轉(zhuǎn)進(jìn)發(fā)展CSSP(CustomerSpecificStandardProduct)。下面給大家?guī)砹藥捉M原理圖設(shè)計(jì)：

　　復(fù)位和晶振電路原理圖設(shè)計(jì)

　　一個(gè)芯片，尤其是可編程芯片，通常在上電的瞬間需要一個(gè)短暫的時(shí)間進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)的初始化，這個(gè)時(shí)候芯片無法立即進(jìn)入工作狀態(tài)。通常稱上電初始化這些工作為復(fù)位，完成這個(gè)功能的電路稱之為復(fù)位電路。本FPGA 芯片使用的是低電平復(fù)位，支持上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，RESET 按下之后產(chǎn)生低電平。

　　晶振電路原理圖設(shè)計(jì)

　　晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個(gè)大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路(電感、電容、電阻等)，如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號質(zhì)量也較無源晶振要好。本FPGA 芯片采用50MHZ 的有源貼片晶振作為芯片工作的時(shí)鐘輸入。

　　按鍵開關(guān)電路原理圖設(shè)計(jì)

　　最小系統(tǒng)板上使用的四腿按鍵實(shí)際上是分兩組，每組中的兩個(gè)是相通的，而兩組直接是通過上面的按鈕來控制通斷狀態(tài)的。簡單理解成開關(guān)就可以了，按下去兩端就形成短路，松開手就形成開路。短路相當(dāng)于輸入0，開路為1。另外需要說明的是，由于按鍵屬于機(jī)械開關(guān)，按動(dòng)過程不可避免存在抖動(dòng)的現(xiàn)象，所以用戶按下按鍵的時(shí)間可以稍微長一點(diǎn)。

　　八位撥碼開關(guān)電路原理圖設(shè)計(jì)

　　撥碼開關(guān)就是相當(dāng)與一個(gè)開關(guān)量，撥到ON 就表示接通，OFF 就是斷開，在數(shù)字電路中對 0、1，通常用于二進(jìn)制輸入。本課題最小系統(tǒng)板使用八位撥碼開關(guān)作為一個(gè)字節(jié)的輸入，撥到ON 時(shí)相當(dāng)于輸入“1”，默認(rèn)輸入“0”。

　　最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的總體電路原理圖

　　使用AlTIum 軟件設(shè)計(jì)的電路原理圖，F(xiàn)PGA 最小系統(tǒng)板包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、JATG 電路、PROM 配置電路、顯示模塊電路、開關(guān)電路以及各種接口電路。

　　FPGA產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從原來的通信擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、測試測量等廣泛的領(lǐng)域。把相對成熟的技術(shù)應(yīng)用到某些特定領(lǐng)域如通訊，視頻，信息處理等等開發(fā)出滿足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶接受的產(chǎn)品這方面主要是FPGA技術(shù)和專業(yè)技術(shù)的結(jié)合問題。

　　另外還有就是與專業(yè)客戶的界面問題產(chǎn)品設(shè)計(jì)還包括專業(yè)工具類產(chǎn)品及民用產(chǎn)品，前者重點(diǎn)在性能，后者對價(jià)格敏感產(chǎn)品設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能為主要目的，F(xiàn)PGA技術(shù)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)手段在這個(gè)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA因?yàn)榫邆浣涌?，控制，功能IP，內(nèi)嵌CPU等特點(diǎn)有條件實(shí)現(xiàn)一個(gè)構(gòu)造簡單，固化程度高，功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)將是FPGA技術(shù)應(yīng)用最廣大的市場，具有極大的爆發(fā)性的需求空間產(chǎn)品設(shè)計(jì)對技術(shù)人員的要求比較高，路途也比較漫長不過現(xiàn)在整個(gè)行業(yè)正處在組建“首發(fā)團(tuán)隊(duì)”的狀態(tài)，只要加入，前途光明產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一種職業(yè)發(fā)展方向定位，不是簡單的愛好就能做到的!產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域會(huì)造就大量的企業(yè)和企業(yè)家，是一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)和機(jī)遇。