一种基于APA300的创新型FPGA实验板设计

2010-08-25 16:53:41来源: 微型机与应用

  摘  要: 基于Actel公司Flash型FPGA芯片APA300设计并实现一款创新型FPGA实验板。该实验板包括2片互通的APA300、丰富的外围设备和常用外部设备端口,还提供与外部电路连接的扩展接口,能够开展多种创新性实验,并可作为科学预研的平台。在详细介绍了实验板各部分的实现原理和电路连接图后,给出了实验板的两个典型创新性实验示例:协处理器密码机和MP3播放器。

  21世纪的教育是开放、创新的教育,其主要目标是培养具有创新能力的高素质人才。因此,创新是教育、尤其是高等教育的灵魂。然而由于现有FPGA实验平台大多功能固定、可扩展性差、便携性差,不方便学生进行自主设计、自我创新。本文基于APA300设计并实现了一款成本低、功能强、可扩展性好、便携性好的创新型FPGA实验板,可方便学生开展多种创新型实验,进行自主创新的探究性学习,能充分调动学生的主观能动性,激发学习兴趣,增强学生的创新实践能力,同时该实验板还可作为科学预研的平台。

  1 FPGA器件的选用

  FPGA器件选用Actel公司基于Flash开关编程的ProASIC plus系列芯片APA300。该器件采用0.22 μm、4层金属工艺制造,包含30万门系统门,有72 Kbit内嵌式RAM资源,编程信息存储在Flash可编程逻辑开关中,具有低功耗、高密度、非易失性、可重复编程、不需要专门的编程芯片等特点,同时由于其元胞阵列结构类似于门阵列,具有与ASIC设计方案从物理上的易转换特征,所以被广泛应用于消费电子产品、工业控制、航空电子、通信技术领域[1],性能可完全满足高校FPGA教学和中规模数字系统设计要求,而且其开发软件Libero易学易用。

  2 实验板的设计与实现

  实验板总体结构框图如图1所示。实验板主要包括2片APA300、数字量输入、LED显示、七段数码管显示、RS232串行接口、并行接口、蜂鸣器及其驱动电路、多路时钟信号源和高频信号源以及电源和复位电路。为使开发板使用灵活方便,还提供了能与外部扩展电路相连的扩展接口,并通过并行总线和状态控制线实现2片APA300的互连。

  2.1 APA300电路

  为便于开展创新性实验和满足外围电路对IO数目的要求,实验板选用2片PQFP208封装形式的APA300芯片,它们之间通过16 bit并行接口相连。除并行接口外,2芯片间还添加了状态控制线,即硬件握手信号线/START、/DONE,可加快相互通信的速率。常用的功能模块与芯片U1相连,扩展接口与芯片U2相连。APA300电路连接图如图2所示。

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关键字:FPGA  APA300  协处理器密码机  MP3播放器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0825/article_1311.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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