AX301用户手册REV1.0

FPGA黑金开发平台用户手册AX301REV1.0芯驿电子科技（上海）有限公司黑金动力社区目录一、简介.................................................................................................................3二、电源.................................................................................................................6三、FPGA...............................................................................................................71)JTAG接口...................................................................................................82)配置芯片：M25P16................................................................................83)FPGA供电引脚.........................................................................................94)FPGA时钟输入引脚..............................................................................10四、50M有源晶振............................................................................................11五、SDRAM........................................................................................................11六、EEPROM24LC04......................................................................................14七、PS/2接口.....................................................................................................15八、实时时钟DS1302.....................................................................................16九、数码管...........................................................................................................17十、USB转串口..................................................................................................19十一、VGA接口.................................................................................................20十二、蜂鸣器.......................................................................................................23十三、SD卡槽.....................................................................................................24十四、扩展口.......................................................................................................25十五、LED............................................................................................................27十六、按键............................................................................................................28十七、摄像头接口...............................................................................................29十八、7寸TFT接口..........................................................................................303/32FPGA黑金开发平台学生版2014款正式发布了，此款开发平台是在前两款学生版的基础上升级而来，型号为：AX301。虽然是一款入门级的FPGA开发平台，但是我们不管是在PCB设计上，还是在整个构造上都花费了很多的心思，真可谓“简约而不简单”。一、简介在这里，对这款FPGA开发平台进行简单的功能介绍。此款开发板使用的是ALERA公司的CYCLONEIV系列FPGA，型号为EP4CE6F17C8，256个引脚的FBGA封装。根据ALTERA官方的数据，CYCLONEIV相对CYCLONEIII来说，功耗减少25%，如下图所示此款FPGA的资源如下图所示：4/32其中，主要的参数，逻辑单元LE：6272；乘法器LAB：392；RAM：276480bit；IO数量：179个；内核电压：1.15V-1.25V(推荐1.2V);工作温度：0-85℃图为整个系统的结构示意图：FPGAEP4CE6F17C8PS/2接口65536色的VGA接口6位数码管蜂鸣器256MbitSDRAM50M晶振EEPROM24LC04实时时钟JTAG口USB供电及USB转串口开关按键摄像头接口4个LED40针扩展口（34个IO口，1路5V，2路3.3V，3路GND）按键47寸TFT接口4路电源U转串芯片按键3按键2按键1SD卡座5/32通过这个示意图，我们可以看到，我们这个开发平台所能实现的功能。USB接口供电方式，只需要一根USB线就可以完成对开发板的供电。同时，USB接口也实现了USB转串口的功能。连上USB线，可以跟电脑实现串口通信。一个摄像头接口，可以接OV7670摄像头；一个7寸TFT液晶屏接口，可以接型号为AT070TN83,7寸TFT液晶屏；一路PS/2接口，可以接PS/2接口的鼠标或者键盘；一路VGA接口，VGA接口为16bit，可以显示65536种颜色，可以显示彩色图片等信息。一片的RTC实时时钟，配有电池座，电池的型号为CR1220。一片IIC接口的EEPROM24LC04;一个蜂鸣器，可实现SOS报警等功能；6位共阳数码管，通过动态扫描，实现数字的动态显示；一片256Mbit的SDRAM,可作为数据的缓存，也可以作为NIOS运行的内存;4个发光二极管LED;4个独立按键；板载50M的有源晶振，给开发板提供稳定的时钟源；1路40针的扩展口（2.54mm间距），其中34个IO口，1路5V电源，2路3.3V电源，3路GND。可以接3.2寸TFT模块和AD/DA模块等扩展模块。预留了JTAG口，可对FPGA进行调试和程序固化。1路SD卡座，支持SPI模式。6/32二、电源开发板电源的输入，可以通过电源插口和USB两种方式供电，在使用的时要注意，在同一时间，只允许使用其中一种接口进行供电，不可以两个接口同时供电。如图2.1所示，J7为电源接口，J1为USB供电接口，SW1为按键开关，F1为自恢复保险丝。图2.1原理图中电源接口部分图2.2为开发板所需的三路电源，提供1.2V,3.3V,2.5V,2.8V电源，所用的芯片分别为1117-1.2，1117-3.3，1117-2.5，1117-2.8V四个芯片均为LDO电源芯片，可提供稳定可靠的电源，同时我们在设计PCB的时候，采用4层PCB，预留了独立的电源层和GND层，使得整个开发板的电源，具有非常好的稳定性。图2.2原理图中电源芯片部分7/32图2.3为开发板实物图，可以看到，我们使用了大量的电解电容，来保证开发板的电源的稳定可靠。“干净”的电源是的数字电路的基础。图2.3实物图中的电源部分三、FPGA前面已经介绍过了，我们所使用的FPGA型号为EP4CE6F17C8，属于ALTERA公司CYCLONEIV的产品。此型号为BGA封装，256个引脚。再次说明一下FPGA引脚的定义。很多人使用FPGA都是非BGA封装的，比如144引脚，208引脚的FPGA芯片，他们的引脚定义是由数字组成，比如1到144，1到208等等，而当我们使用BGA封装的芯片以后，引脚名称变为由字母+数字的形式，比如E3，G3等等，因此我们在看原理图的时候，看到的字母+数字这种形式的，就是代表了FPGA的引脚。说完这个，我们来看与FPGA有关系的各个部分的功能。图3.1为开发板所用的FPGA芯片实物图。图3.1FPGA芯片实物8/321)JTAG接口首先我们来说FPGA的两个重要的接口，一个是JTAG接口，一个是AS接口。JTAG接口的作用是将编译好的程序（.sof）下载到FPGA中，由于FPGA是基于ram的一种结构，内部没有可以固化的FLASH，因此，通过JTAG口下载的程序，掉电以后就会丢失，需要上电重新下载才可以。所以有的人将程序下进去以后，以为就可以了，结果上电没有任何反应了，其中就是这个道理。图3.2就是JTAG口的原理图部分，其中涉及到TCK,TDO,TMS,TDI这四个信号。这四个信号直接由FPGA引脚引出。图3.2原理图中JTAG接口部分2)配置芯片：M25P16M25P16（或者说EPCS16）实质是一个串行FLASH芯片，容量为16Mbit，对于存储FPGA中的程序来说，这个容量绰绰有余的。同时他还可以存储软核NIOSII的应用程序，因此，他的作用在FPGA的设计中起到了至关重要的作用。图3.4为M25P16在原理图中的部分。图3.4原理图中M25P16部分9/32配置芯片引脚分配：引脚名称FPGA引脚ASDOC1DCLKH1nCSOD2DATA0H2图3.5为接口及M25P16的实物图（图片中蓝色框中的为JTAG口，红色框中的芯片为M25P16）图3.5JTAG接口及M25P16实物图3)FPGA供电引脚接下来，我们说一下FPGA的电源引脚部分，其中包括每一个bank的电源引脚和内核电压引脚，如图3.6所示，VCCINT为FPGA内核供电引脚，接1.2V；VCCIO1是FPGA的BANK1的供电引脚，同理，VCCIO2是FPGA的BANK2的供电引脚，其他VCCIO3...VCCIO8对应着FPGA其他的BANK，我们都结了3.3V电压，也就是说