FPGA開發外設子板模塊電路設計詳解

2021-01-16 電子產品世界

　　FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA的開發相對於傳統PC、單片機的開發有很大不同。FPGA以並行運算為主，以硬體描述語言來實現;相比於PC或單片機(無論是馮諾依曼結構還是哈佛結構)的順序操作有很大區別，也造成了FPGA開發入門較難。目前國內有專業的FPGA外協開發廠家，開發展基本電路如下：蜂鳴器電路如圖3.47所示。FM信號由FPGA的I/O口控制。當FM為高電平時，Q1的BE導通，則CE導通，蜂鳴器的5V和GND形成迴路，發出聲音。當FM為低電平時，Q1的BE斷開，則CE斷開，蜂鳴器的5V和GND斷開，因此沒有電流流過蜂鳴器，蜂鳴器便不發聲。在後面的實驗中，我們可以使用PWM信號，即以固定的時高時低的電平控制Q1的導通與否，然後達到蜂鳴器的時斷時開，人耳聽到的便是不同頻率的聲響。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/275378.htm

　　

 

　　圖3.47蜂鳴器驅動電路

　　8個LED指示燈的電路如圖3.48所示，他們公共端接電源3.3V，另一端連接FPGA的I/O口。若輸出高電平，LED熄滅;若輸出低電平，則LED點亮。這8個LED的接口是與數碼管的段選信號復用的。

　　

 

　　圖3.48 8個LED指示燈電路

　　3位的撥碼開關電路如圖3.49所示。

　　

 

　　圖3.49撥碼開關電路

　　如圖3.50，我們可以對照實物，默認3個撥碼開關應該都是撥向左側(即1、2、3標記側)，在電路圖上就是VCC3.3上拉一側。就是說，默認情況下，3個連接FPGA的I/O口的信號SW_MODE1、SW_MODE2、SW_MODE3均為高電平。若撥碼開關被撥到右側(即標記ON側)，則採集到的輸入就是低電平了。

　　

 

　　圖3.50撥碼開關實物照片

　　數碼管電路如圖3.51所示。SEG_CS0、SEG_CS1、SEG_CS2、SEG_CS3這4個信號對應控制數碼管4位顯示的片選信號，低電平有效，若4個片選信號都為0，則4位數碼管都能點亮顯示。LED0-7則也被復用為數碼管的段選信號，控制一個數碼管的對應段LED的亮滅狀態，這一組信號對於4位的數碼管是共用的。在實際控制時，我們一般會分時點亮需要顯示的各個位數碼管，只要時間控制得合理，人眼是很容易被「矇騙」的，我們很容易就能看到4個不同的數字顯示在數碼管上。

　　

 

　　圖3.51數碼管驅動電路

　　A/D晶片的電路如圖3.52所示。它通過一個單向(從A/D晶片到FPGA)數據傳輸的SPI接口與FPGA相連。FPGA通過這組SPI接口讀取當前模擬電壓值。為了得到不同的模擬電壓值，我們的板子在A/D晶片的模擬輸入端設置了一個3.3V的分壓電阻，當跳線帽連接了P3的1-2引腳時，調節可變電阻R24的阻值便能改變當前A/D採樣的數據。跳線帽若連接P3的2-3引腳，則AD晶片的輸入模擬電壓來自於D/A晶片的當前輸出。

　　

 

　　圖3.52 A/D晶片驅動電路

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