fpga最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理圖解析

FPGA的定義

　　FPGA（Field-Programmable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(zhuān)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(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA的開(kāi)發(fā)相對(duì)于傳統(tǒng)PC、單片機(jī)的開(kāi)發(fā)有很大不同。FPGA以并行運(yùn)算為主，以硬件描述語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn);相比于PC或單片機(jī)（無(wú)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(kāi)發(fā)入門(mén)較難。下面給大家?guī)?lái)了幾組原理圖設(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(wú)法立即進(jìn)入工作狀態(tài)。通常稱(chēng)上電初始化這些工作為復(fù)位，完成這個(gè)功能的電路稱(chēng)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。

　　復(fù)位電路原理圖設(shè)計(jì)

　　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(wú)源晶振兩個(gè)大類(lèi)，無(wú)源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無(wú)源晶振通常信號(hào)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(hào)質(zhì)量也較無(wú)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。

　　晶振電路原理圖設(shè)計(jì)

　　按鍵開(kāi)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(guò)上面的按鈕來(lái)控制通斷狀態(tài)的。簡(jiǎn)單理解成開(kāi)關(guān)就可以了，按下去兩端就形成短路，松開(kāi)手就形成開(kāi)路。短路相當(dāng)于輸入0，開(kāi)路為1。另外需要說(shuō)明的是，由于按鍵屬于機(jī)械開(kāi)關(guān)，按動(dòng)過(guò)程不可避免存在抖動(dòng)的現(xiàn)象，所以用戶(hù)按下按鍵的時(shí)間可以稍微長(zhǎng)一點(diǎn)。

　　按鍵開(kāi)關(guān)電路原理圖設(shè)計(jì)

　　八位撥碼開(kāi)關(guān)電路原理圖設(shè)計(jì)

　　撥碼開(kāi)關(guān)就是相當(dāng)與一個(gè)開(kāi)關(guān)量，撥到ON 就表示接通，OFF 就是斷開(kāi)，在數(shù)字電路中對(duì) 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(kāi)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”。

　　八位撥碼開(kāi)關(guān)電路原理圖設(shè)計(jì)

　　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(kāi)關(guān)電路以及各種接口電路。

　 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的總體電路原理圖

　　FPGA產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從原來(lái)的通信擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、工業(yè)控制、測(cè)試測(cè)量等廣泛的領(lǐng)域。把相對(duì)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(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶(hù)接受的產(chǎn)品這方面主要是FPGA技術(shù)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)的結(jié)合問(wèn)題，另外還有就是與專(zhuān)業(yè)客戶(hù)的界面問(wèn)題產(chǎn)品設(shè)計(jì)還包括專(zhuān)業(yè)工具類(lèi)產(chǎn)品及民用產(chǎn)品，前者重點(diǎn)在性能，后者對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)，具有極大的爆發(fā)性的需求空間產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)人員的要求比較高，路途也比較漫長(zhǎng)不過(guò)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(jiǎn)單的愛(ài)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。