1、第 4 章 实验器件与实验系统4.3 LB0 学习板套件介绍LB0 学习板套件是重庆大学通信工程学院为 配合改革 EDA 技术系列课程开发的便携式实验平台。LB0 以 Altera 公司的 Cyclone系列 FPGA EP3C10E144C8 为核心器件，板载大容量存储器，外配丰富的实验模块和扩展接口，可供开展大量的实验项目和实训课题。LB0 学习板套件包含 LB0 实验板一块、USB Blaster 调试器一个、PS/2 数字小键盘一个、7.5V/2A 开关电源一个、USB 线一条、串口线一条。LB0 学习板套件实物图如图 4.1 所示。图 4.1 LB0 学习板套件实物图LB0 电路板硬
2、件结构图如图 4.2 所示。EP3C1048ycloneI串7.5V/2AJTGD9M*bit SRLW()图 4.2 LB0 电路板硬件结构图4.3.1 LB0 学习板上模块1八个 LED 指示灯模块电路图如图 4.3 所示，给指定的管脚送高低电平可以点亮或熄灭对应的指示灯，可用于跑马灯、交通灯、其他课题中的状态指示灯等使用。为方便进行交通灯课题设计，该模块在板上分布为十字交叉形状。 6NB图 4.3 八个 LED 指示灯电路图2三个拨动开关模块电路图如图 4.4 所示，通过拨动开关可以调整输入管脚的状态，在板上可以将拨动开关拨上输入高电平，拨下输入低电平。VC3GNDSW012R5图 4.
3、4 三个拨动开关电路图3、四个按键模块电路图如图 4.5 所示，通过按键可以产生脉冲信号，按键在未按下时管脚被上拉电阻驱动为高电平，按下为低电平。由于按键在人为按下时存在机械接触点的抖动导致按键输入信号存在较为严重的抖动，硬件电路中未设计可靠的按键去抖动电路，故在大多数应用中使用按键时需要设计按键去抖动模块对按键信号进行去抖动处理。 4678PKEYBU图 4.5 四个按键电路图4、八位动态扫描数码管模块电路图如图 4.6 所示，电路中每个七段显示模块中包括两位显示码，选用的七段显示模块的管脚图如图 4.7 所示。模块电路的输入信号是 3 根位选信号线和 8 根段选信号线，3 根位选信号线通过
4、 74HC138 进行位选信号译码，译码后的位选信号通过 74HC245 后驱动选通数码管，保证任何时刻仅有一位数码管处于选通状态，8 根段选信号线直接连接各位数码管对应的段选信号线，实现控制选通状态位的数码管各段的亮灭控制。因此，为实现 8 位数码管的同时显示，需要进行动态扫描显示，即利用人眼的视觉残留效应，通过程序快速切换扫描选中各位数码管，并在各个选中位的时间段送对应位的显示段选信号，当扫描速度合适时，即可看到稳定的显示效果。为达到较好的显示效果，建议使用 1K 左右的扫描频率。 1234567RP0A9BEDIVCGNUHFX_SLOY.图 4.6 八位动态扫描数码管电路图GND1 B
5、 C E DG DP A F GND2AF BGE CD DP图 4.7 双位数码管模块管脚图5RS232 串口通信模块模块电路图如图 4.8 所示，电路使用 MAX3232 进行电平转换。可以使用套件提供的串口线通过 J6 连接 LB0 到 PC 机串口实现与 PC 机的通信。用此模块可实现某些课题中需要 PC 机控制或低速率数据通信的功能。可使用硬件描述语言编写串口通信程序，具体串口通信协议内容可参考相关书籍或标准手册。 1627384950JDBC+V-TOURINGSLMAX_图 4.8 RS232 串口通信模块电路图6PS/2 模块模块电路图如图 4.9 所示，其中 PS2_DATA
6、 和 PS2_CLK 为连接到 FPGA 的 PS2 设备数据线和时钟线。可以根据 PS/2 键盘/鼠标协议编写硬件语言程序实现 PS/2 键盘/鼠标的接入，也可以接入其他 PS/2 设备或自制 PS/2 设备。PS/2 协议内容可参考相关书籍或标准手册。 .PKk图 4.9 PS/2 接口电路图7SD 卡模块模块电路图如图 4.10 所示，电路按照 SPI 模式接入 SD 卡，可以根据 SPI 协议结合 SD卡规范设计程序实现 SD 卡的读写。SD 卡规范可参考相关书籍或标准手册。CD/AT3129807MLK5V4S6 RWPJ_B.UGN图 4.10 SD 卡模块电路图8温度传感器模块电
7、路图如图 4.11 所示，采用的传感器芯片型号为 LM75A，LM75A 是一款 I2C 接口的数字温度传感器，具有温度看门狗功能。模块使用需要根据 LM75A 的数据手册编写I2C 硬件语言模块，或嵌入 Nios处理器，用 C 语言编程实现芯片的读写。注意，电路中I2C_SDAT 和 I2C_SCLK 为与音频模块的 I2C 接口复用的信号线。I2C_SDA 连接到LM75A 的 SCL（时钟）脚，I2C_SCLK 连接到 LM75A 的 SDA（数据）脚。OIE图 4.11 温度传感器电路图9音频模块模块电路图如图 4.12 所示，该模块采用功能强大的音频芯片 WM8731。WM8731
8、是一款集成耳机驱动的低功耗高效率立体声音频芯片。WM8731 有一个立体声的线输入、一个单声道的麦克风输入接口以及立体声音频输出接口。WM8731 内置 delta-sigma 型的 24 位ADC 和 DAC。 WM8731 使用 I2S 接口进行编程控制（I2S 接口信号线与温度传感器复用） 。WM8731 的详细资料请查阅其数据手册。另外电路中的 AUD_XCK 信号线为一复用信号线，在使用 WM8731 时作为 WM8731 的外部时钟输入脚，在不用 WM8731 时可以在 FPGA 中编程实现 PWM 信号直接驱动该信号线，通过连接耳麦或音箱至音频接口 J13 可以播放数字音频。DB
9、V1CLKOUT23A4R567HP890GNMISEX/WJY._u x图 4.12 音频模块电路图10高速 DA 模块模块电路图如图 11 所示，该模块采用 AD 公司的 8 位 100MHz 电流输出型 DA 芯片AD9708，AD9708 的详细资料见其数据手册。AD9708 芯片的使用较为简单，只需要将需要 DA 输出的数据通过 DA_CLK 锁存输出即可，输出信号可以在 J14（DAOUT）接口通过示波器观察。电路中 J19 为 AD9708 内部参考电压的测试点，当使用内部参考电压时，该点电压为 1.2V。电路中 SJ4 为一跳线端子，可通过焊锡选择 AD9708 芯片 SLEE
10、P 脚的状态实现控制 AD9708 是否工作。D716253408NC9SLEPRFOI_AJMUTBVK.G图 11 高速 DA 模块电路图11扩展接口接口电路图如图 12 所示，接口可供用户为 LB0 扩展其他模块。因 FPGA 芯片管脚限制，扩展接口的管脚均为复用管脚，原理图中可见复用关系，如 GPIO9 与 HEXSCC 复用，即需要使用七段数码管 HEXSCC 扫描线时 GPIO9 不可用，其他同理。另外，GPIO1GPIO8 为悬空管脚。 HX图 12 扩展接口电路图4.3.1 LB0 管脚分配表管脚名称 管脚号 管脚名称 管脚号 管脚名称 管脚号CLK_50M PIN_22 SD
11、_DAT PIN_28 DA_D1 PIN_105HEX_D0 PIN_129 DRAM_D0 PIN_30 DA_D2 PIN_106HEX_D1 PIN_128 DRAM_D1 PIN_31 DA_D3 PIN_110HEX_D2 PIN_127 DRAM_D2 PIN_32 DA_D4 PIN_111HEX_D3 PIN_126 DRAM_D15 PIN_33 DA_D5 PIN_114HEX_D4 PIN_125 DRAM_D14 PIN_34 DA_D6 PIN_115HEX_D5 PIN_124 DRAM_D13 PIN_38 DA_D7 PIN_119HEX_D6 PIN_121
12、 DRAM_D3 PIN_39 DA_CLK PIN_113HEX_D7 PIN_120 DRAM_D12 PIN_42 PS2_DATA PIN_136HEXSCA PIN_132 DRAM_D4 PIN_44 PS2_CLK PIN_137HEXSCB PIN_133 DRAM_D11 PIN_46 I2C_SDAT PIN_142HEXSCC PIN_135 DRAM_D5 PIN_49 I2C_SCLK PIN_143KEY0 PIN_91 DRAM_D10 PIN_50 GPIO9 PIN_135KEY1 PIN_90 DRAM_D9 PIN_51 GPIO10 PIN_133KEY
13、2 PIN_89 DRAM_D6 PIN_52 GPIO11 PIN_132KEY3 PIN_88 DRAM_D7 PIN_53 GPIO12 PIN_129LED0 PIN_103 DRAM_D8 PIN_54 GPIO13 PIN_128LED1 PIN_101 DRAM_CLK PIN_43 GPIO14 PIN_127LED2 PIN_100 DRAM_LDQM PIN_55 GPIO15 PIN_126LED3 PIN_99 DRAM_WE PIN_58 GPIO16 PIN_125LED4 PIN_98 DRAM_UDQM PIN_59 GPIO17 PIN_124LED5 PIN
14、_87 DRAM_CAS PIN_60 GPIO18 PIN_121LED6 PIN_86 DRAM_CKE PIN_64 GPIO19 PIN_120LED7 PIN_85 DRAM_RAS PIN_65 GPIO20 PIN_85SW0 PIN_23 DRAM_A12 PIN_66 GPIO21 PIN_86SW1 PIN_24 DRAM_A11 PIN_67 GPIO22 PIN_87SW2 PIN_25 DRAM_A9 PIN_68 GPIO23 PIN_98UART_RXD PIN_141 DRAM_A8 PIN_69 GPIO24 PIN_99UART_TXD PIN_138 DR
15、AM_A7 PIN_70 GPIO25 PIN_100AUD_ADCDAT PIN_1 DRAM_A6 PIN_71 GPIO26 PIN_101AUD_DACLRCK PIN_2 DRAM_A5 PIN_72 GPIO27 PIN_103AUD_DACDAT PIN_3 DRAM_A4 PIN_73 GPIO28 PIN_104AUD_BCLK PIN_4 DRAM_A0 PIN_79 GPIO29 PIN_105ASDO PIN_6 DRAM_A1 PIN_80 GPIO30 PIN_106SD_DATA3 PIN_7 DRAM_A2 PIN_83 GPIO31 PIN_110nCSO PIN_8 DRAM_A3 PIN_84 GPIO32 PIN_111SD_CMD PIN_10 DRAM_A10 PIN_77 GPIO33 PIN_114SD_CLK PIN_11 DRAM_CS PIN_74 GPIO34 PIN_115AUD_ADCLRCK PIN_144 DRAM_BA0 PIN_75 GPIO35 PIN_119AUD_XCK PIN_112 DRAM_BA1 PIN_76 GPIO36 PIN_113EPCS_DATA PIN_13 DA_D0 PIN_104
