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联华众科FPGA开发板 FA130

 

 

北京联华众科科技有限公司 http://www.lianhua-zhongke.com.cn

 

 

Abstract 摘 要：联华众科FPGA开发板FA130核心器件为 Altera Cyclone系列的EP1C3，配置芯片为EPCS1，FA130上可以运行SOPC Builder制作的简单的工程。FA130具有丰富的板载资源，由于板载有51单片机，FA130还可以作为51单片机的学习开发板。FA130实现了3.3V系统与5V系统对接功能，具体是通过74LVXC3245（或简称3245）实现的。FA130随板资料中包括丰富的开发实例和制作开发实例的详细步骤说明，以及Quartus II环境下的设计输入，综合，仿真等内容，另外还包括SOPC建立和开发方面内容，如Nios II的建立和Nios II环境下C/C++程序开发等。FA130的EDA开发实例包括VHDL和Verilog两个版本，FA130的51单片机开发实例包括汇编和C语言两个版本。同时FA130还包括详细的使用手册和丰富的配套资料，非常适合FPGA，VHDL，Verilog开发学习者使用。另外FA130随板DVDROM中还包括VS.NET的开发实例，在学习FPGA开发，51单片机开发的同时还可以学习到VS.NET开发环境中C#程序的开发，VS.NET和C#也是WINCE.NET系统上主要的开发环境和编程语言 1 概述

联华众科FPGA开发板FA130核心器件为 Altera Cyclone系列的EP1C3T100，配置芯片为EPCS1，FA130外观如下图所示。

 

整板为双面PCB，左侧为FPGA芯片Altera EP1C3T100，板载LCD1602液晶屏在调试单片机程序或HDL程序时可作为输出设备使用。

 

 

联华众科FPGA开发板FA130具有丰富的板载资源。

  * 核心器件包括FPGA芯片Altera EP1C3T100和PLCC封装的单片机STC89LE52。EP1C3可用I/O分4组全部以插针的形式引出，供外部扩展时使用。

  * FPGA配置芯片为EPCS1，EPCS1为FLASH类型存储器，存储空间为1M位（1,046,496bits），EPCS1可以工作在5V或3.3V，在本开发板EPCS1与FPGA的IO相同工作电压为3.3V。

  * 时钟资源包括频率为66M有源晶振和1个外接有源晶振插座，外接有源晶振插座可直接安装用户自己希望的任何频率有源晶振。

  * 复位电路由一个复位按键和一片复位芯片组成，复位芯片为IMP812T，IMP812T输出高电平有效的复位脉冲，脉冲宽度为140ms。IMP812T的复位门限（Reset Threshold）为3.08V，输出的复位信号同时提供给FPGA芯片和单片机使用，FA130上EP1C3和51单片机89LE52均工作在3.3V电源电压。

  * 显示资源包括6位共阳七段数码管，8位LED（绿色），1片1602LCD显示屏。

  * 键盘资源包括4*4按键阵列，4个独立按键，其中4个独立按键可以作为单片机的中断源使用。

  * 接口资源包括串口，PS2接口，VGA接口，I2C总线接口，PWM信号输入输出接口，USB Deivce接口（可作为供电电源使用），9V直流电源接口，以及EP1C3可用I/O接口，JTAG下载接口和Config下载接口。两个串口一个连接到EP1C3，另一个连接到单片机上，串口芯片为MAX3232，工作在3.3V。其中JTAG下载接口和Config下载接口为5*2插座方式，需经ByteBlaster II下载线转接到PC并口，也可以用USB Blaster连接到PC的USB口。开发板随板带有一根ByteBlaster II下载线，用以连接开发板JTAG下载接口和Config下载接口到PC并口，完成编程下载或配置下载工作。

  * 音频资源包括1个蜂鸣器。

  * 电源部分包括1片LM1085-5.0，1片AS2830-3.3和1片AS2830-1.5，LM1085-5.0提供5V直流电源作为AS2830-3.3，AS2830-1.5输入电源和LCD1602供电电源。AS2830-3.3提供3.3V直流电源，作为FPGA的IO电源和开发板上其他设备电源。AS2830-1.5提供1.5V直流电源，作为FPGA的核心供电电源。

  * 存储资源包括1片24C02和1片93C46，24C02连接在I2C总线上，是存储空间为256字节串行E2PROM，24C02的设备地址也可以由板上的3位拨码开关设置。93C46为SPI接口的串行E2PROM，93C46存储空间为128字节。

  * 其他资源还包括8位拨码开关，连接到EP1C3上。

包含的配件如下图所示。

FA130及配件清单如下表。

配件数量说明

FA130	1	联华众科FPGA开发板
9V直流电源	1	最大输出电流1000mA
下载线	1	ByteBlaster II
串口线	1	9针串口线
USB线	1	USB Device连接线
DVDROM	1	包括资料和软件

 

开发板FA130电源的连接，下载线JTAG连接方式下载程序到FPGA芯片内RAM中，FPGA芯片内的程序掉电后无法保存，JTAG下载方式适合调试程序时使用。如下图所示。

如果希望程序永久保存在硬件系统内，则需要通过Config下载接口将程序下载到配置芯片内，配置芯片内的程序掉电可以保存，再次上电后自动装载到FPGA内并由FPGA开始运行。配置按键“CONFIG”按下后，将强制FPGA用配置芯片程序加载到FPGA中。开发板FA130下载线CONFIG连接方式，如下图所示。

开发板FA130单片机下载线连接方式如下图所示。

FA130也可以使用PC USB供电，如下图所示。

开发板FA130运行SOPC程序如下图所示。

FPGA上运行的C程序如下图所示。

开发板FA130数码管显示效果如下图所示。

开发板FA130 LCD屏显示效果如下图所示

PC上位机通过单片机串口控制LCD屏的显示内容，PC上位机发送的内容实时显示在LCD上，如下图所示。

PC上位机读取FA130 24C02，并将数据显示在上位机窗口内图如下所示。

PC读取FA130上24C02存储的数据，并显示数据界面如下图所示。

单片机通过FPGA读取拨码开关状态，并用8位LED显示如下图所示。

VGA口输出光栅效果图如下所示。

上位机控制可调频率和占空比，FPGA输出PWM，如下图所示。

下图为2路PWM信号的波形数据。

 

FA130开发板包括非常丰富的开发实例，不仅包括FPGA开发实例，还包括单片机开发实例和VS.NET开发实例。FPGA开发实例提供VHDL，Verilog两个版本。单片机开发实例包括汇编和C语言两个版本。VS.NET开发实例编程语言为C#，VS.NET和C#也是WINCE.NET平台支持的开发工具和编程语言。

FPGA开发实例如下：

  * 流水灯

    定时轮流点亮开发板上的8位LED，产生流动的显示效果，定时信号由开发板上有源晶振输出分频得到。

  * 6位十进制计数器

    计数器的最低（左）位为0.1s，低位与相邻高位间十进制进位，用开发板上的6位七段数码管显示计数器的当前计数值。

  * 数字钟

    用开发板上的6位七段数码管显示小时，分钟，秒。小时，分钟，秒各占用2位数码管。

  * LCD显示

    开发板上包括一个16列2行的LCD显示屏，本实例定时显示0~9和A~F在LCD显示屏上面，定时间隔为1s。

  * 键盘阵列-数码管显示

    定时扫描键盘阵列，延时去抖动后读取按键状态，将当前按键值显示在6位七段数码管的最低位，当有新的按键按下时新按键值进入最低位数码管，原来最低位左移一位成为次低位。可识别的按键值包括0~9和A~F。

  * 键盘阵列-LCD屏显示

    定时扫描键盘阵列，延时去抖动后读取按键状态，将当前按键值显示在-LCD屏上。可识别的按键值包括0~9和A~F。

  * 串口发送

    定时发送字符’0’~’9’，以及’A’~’F’到接收方，串口的波特率，数据位数，奇偶位，停止位等参数均可通过外部设置，本实例中这些参数的一部分通过拨码开关来设置。串口的工作时钟为开发板上的有源晶振输出的时钟信号，可以实现常用串口波特率。

  * 串口接收-数码管显示

    可接收字符’0’~’9’和’A’~’F’并显示在数码管上，串口的波特率，数据位数，奇偶位，停止位等参数均可通过外部设置，本实例中这些参数的一部分通过拨码开关来设置。串口的工作时钟为开发板上的有源晶振输出的时钟信号，可以实现常用串口波特率。

  * 串口接收-LCD显示

    可接收字符’0’~’9’和’A’~’F’并显示在LCD屏上，串口的波特率，数据位数，奇偶位，停止位等参数均可通过外部设置，本实例中这些参数的一部分通过拨码开关来设置。串口的工作时钟为开发板上的有源晶振输出的时钟信号，可以实现常用串口波特率。

  * 蜂鸣器

    由拨码开关设置蜂鸣器输入信号的频率，使蜂鸣器发出不同的音调。

  * 独立按键

    4个独立按键通过两级反向器连接到4位LED上，当有按键按下时对应位LED会被点亮。

  * 拨码开关

    拨码开关的8位开关通过两级反向器连接到8位LED上，当有开关位拨向“ON”时对应位LED会被点亮。

  * 晶振测试

    开发板上包括1个66MHz有源晶振和1个可外接有源晶振的插座，在本实例中外接有源晶振为40MHz，分别通过66000000/40000000分频，产生2个独立的周期为1s的方波脉冲信号，用来点亮2位LED，以测试66MHz有源晶振及外接有源晶振工作是否正常。

  * PWM信号输出

    产生指定周期和占空比的PWM信号，周期和占空比由原理图中参数设置，同时将这些PWM信号参数通过串口发送到PC上显示。

  * PWM信号测量

    测量开发板上PWM插座输入的PWM信号的频率和占空比，并将测量结果显示在开发板的8位LED上。

  * I2C读写

    开发板上的I2C设备为1片24C02，本实例实现了24C02的读出和写入时序，同时将读出或写入数据显示在数码管上。

  * PS2键盘-数码管显示

    FA130上有标准PS2接口，将PS2键盘接在FA130上后，本实例可以将按键对应的字符显示在数码管上，可识别的按键值包括0~9。

  * PS2键盘-LCD屏显示

    FA130上有标准PS2接口，将PS2键盘接在FA130上后，本实例可以将按键对应的字符显示在LCD屏上，可识别的按键值包括0~9。

  * VGA

    FA130上有标准VGA接口，将支持VGA接口的显示器接在FA130上后，本实例在显示器上显示彩色方块。

  * SPI读写

    开发板上的SPI设备为1片93C46，本实例实现了93C46的读出和写入时序，同时将读出或写入数据显示在数码管上。

 

单片机开发实例如下：

  * 流水灯

    定时轮流点亮开发板上的8位LED，产生流动的显示效果，定时信号由开发板上有源晶振输出分频得到。

  * 第一个程序-P1口输出

    将8位2进制数通过单片机P1口输出，FA130上的8位LED绿色发光管连接在单片机P1上，这样LED会按照P1口输出的数据点亮或熄灭。

  * 软件定时器流水灯

    通过单片机Timer0定时中断方式轮流点亮FA130上的8位LED绿色发光管中的一位，产生流动的效果。Timer0定时中断时间间隔为1s。

  * 硬件定时器流水灯

    通过软件延时的方式轮流点亮FA130上的8位LED绿色发光管中的一位，产生流动的效果。

  * 6位十进制计数器

    使用了Timer0和Timer1两个定时器，Timer0用作时间计数，Timer1用于刷新数码管。计数器的最低（左）位为0.1s，低位与相邻高位间十进制进位，用开发板上的6位七段数码管显示计数器的当前计数值。。

  * 数字钟

    使用了Timer0和Timer1两个定时器，Timer0用作时间计数，Timer1用于刷新数码管。开发板上的6位七段数码管显示小时，分钟，秒。小时，分钟，秒各占用2位数码管。

  * LCD显示

    开发板上包括一个16列2行的LCD显示屏，本实例定时显示“Welcome to FA130!”字符串在LCD显示屏上面。

  * 键盘阵列-数码管显示

    定时扫描键盘阵列，延时去抖动后读取按键状态，将当前按键值显示在6位七段数码管的最低位，当有新的按键按下时新按键值进入最低位数码管，原来最低位左移一位成为次低位。可识别的按键值包括0~9和A~F。定时器Timer0用于扫描键盘阵列，定时器Timer1用于刷新数码管。

  * 键盘阵列-LCD屏显示

    定时扫描键盘阵列，延时去抖动后读取按键状态，将当前按键值显示在LCD屏上。可识别的按键值包括0~9和A~F。定时器Timer0用于扫描键盘阵列。

  * 蜂鸣器-按键声

    蜂鸣器的驱动脚连接到单片机的P4.0脚，在P4.0上输出一小段脉冲信号，使蜂鸣器发声。按键声听起来象“嘟，嘟”的声音。

  * 蜂鸣器-警报声

    蜂鸣器的驱动脚连接到单片机的P4.0脚，在P4.0上输出一小段脉冲信号，使蜂鸣器发声。使用定时器Timer2定时调用发声程序产生警报声效果。

  * 串口收发-数码管显示

    用开发板上的键盘阵列产生并通过串口发送字符’0’~’9’和’A’~’F’，同时也可通过串口接收字符’0’~’9’和’A’~’F’并显示在数码管上。Timer2用作串口波特率时钟。

  * 串口收发-LCD显示

    用开发板上的键盘阵列产生并通过串口发送字符’0’~’9’和’A’~’F’，同时也可通过串口接收字符并显示在LCD屏上。Timer2用作串口波特率时钟。

  * LCD1602控制

    运行于PC上的联华众科通信通软件中集成了LCD1602显示屏的测试程序，可以通过串口控制FA130上的LCD屏，实现清屏，显示/关闭光标，写入字符串，移动光标，换行等操作。

  * I2C读写

    开发板上的I2C设备为1片24C02，运行于PC上的联华众科通信通软件中集成了24C02显示屏的测试程序，可以通过串口到24C02进行读取控制。

  * SPI读写

    开发板上的SPI设备为1片93C46，运行于PC上的联华众科通信通软件中集成了93C46显示屏的测试程序，可以通过串口到93C46进行读取控制。

  * WatchDog

    单片机的WatchDog功能用于在程序跑飞或陷于死循环时，自动产生复位操作，以恢复系统功能。使用STC89LE52单片机时，通过读写寄存器WDT_CONTR设置和使用WatchDog功能。

  * 外部中断

    STC89LE52可用外部中断有4个，分别为INT0~3，可设置成边沿触发或电平触发。FA130开发板上4个独立按键连接到这4个中断引脚，通过按键动作为中断输入信号，中断服务程序中改变P1口0~3的输出电平，从而改变LED的亮灭状态，以便于观察。

  * 定时器T0-T1-T2

    定时器中断服务程序改变P1.0~P1.2的输出电平，可以用示波器直接观察，或观察LED0~2的亮灭状态表明中断是否到来。

  * 软件仿真器

    软件仿真器的功能是在PC上实时查看开发板单片机上存储器值，用以辅助调试之用。PC上使用的软件为[联华众科通信通]，可以查看单片机的内存地址范围为0x30~0x7F，可查看的外部存储器地址从0x0000开始字节长度可以任意设置。

 

单片机-FPGA通信开发实例如下：

  * 读取拨码开关状态

    FA130上的8位拨码开关连接到EP1C3上，与单片机没有直接连接。本实例单片机通过读写FPGA方式得到拨码开关状态，并显示在8位LED上。本实例的通信方式也是单片机与FPGA通信最常见的方式。

  * PS2键盘

    由FPGA完成PS2键盘信号的分析，单片机读取FPGA中PS2键盘按键值，显示在LCD显示屏上。

  * FPGA串口接收-MCU_LCD显示

    连接到FPGA上的串口接收PC发来的数据，单片机从FPGA中读到这些数据，并显示在LCD屏上。本实例测试的开发板设备最多，包括FPGA串口，FPGA芯片，单片机，电平转换芯片3245，以及LCD1602显示屏。

  * 上位机控制单片机-FPGA输出PWM

    上位机设定PWM的频率和占空比，通过单片机串口发送到单片机，单片机驱动FPGA产生指定频率和占空比的PWM信号。

 

VS.NET开发实例如下：

  * Hello World

    演示VS.NET 2005环境中新建工程，制作界面，编译，调试运行等，本实例为基于对话框的Windows应用程序，显示“Hello World”字样。

  * 文本框TextBox控件示例

    演示TextBox控件文本的读取，修改等。

  * 列表框ComboBox控件示例

    演示列表框ComboBox控件列表项的修改，列表选择项的读取等。

  * 串口SerialPort控件示例

    演示为应用程序添加串口SerialPort控件，设置串口参数，使用串口SerialPort控件收发数据。

  * 绘图GDI+示例

    演示VS.NET 2005开发环境，C#编程语言，GDI+绘图包的使用方法，将会在PictureBox控件上绘制一个矩形框，以及一个填充了的圆形。

 

 

本节关于开发环境的内容包括两个方面，开发板硬件连接方法和PC上所需的软硬件环境。FA130的供电可以选择9V直流电源外接供电，也可以选择用PC机USB口供电，使用外接电源供电方式的开发板硬件连接方法如下图所示。

上图中的串口连接线用以下载单片机程序。使用USB供电方式的开发板硬件连接方法如下图所示。

上图中的串口连接线用以下载单片机程序。

 

PC硬件要求至少配备25针打印口（如果PC无打印口，可选购USB Blaster下载线，通过USB完成程序的下载），9针串口，在使用USB为开发板供电时PC硬件需配备USB口。

PC上软件环境包括：

  * 操作系统：Microsoft Windows 2000 Professional或其他版本的 Microsoft Windows。

  * FPGA开发工具软件：Altera Quartus II 7.2，用于FPGA设计输入，综合，配置，仿真，编程等，Quartuss II界面如下图所示。

  * 串口通信软件：联华众科通信通或其他串口通信软件。串口发送，串口接收等开发实例会用到串口通信软件。

3 资料目录结构

开发板附1张DVDROM，名称为[联华众科FA130]，该DVDROM目录结构如下图所示。

 

开发实例列表如下图所示。

 

DVDROM[联华众科FA130]目录说明如下表。

名称描述

01-用户手册	FPGA开发板FA130用户使用手册
02-工具软件	包括联华众科通信通等的工具软件
03-源码文件	FA130配套程序源码
04-电原理图	FA130电原理图
05-数据手册	开发板上芯片的数据手册
06-参考资料	一些对学习和开发有帮助的技术资料

 

4 购买及售后技术支持

购买及售后技术支持方法请访问本公司主页：

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