XilinxFPGA开发板

一、Nexus 4 DDR开发板

Nexus 4 DDR开发板搭载 Xilinx&＃64; artix-7FPGA芯片&＃xff0c;是一个打开即用型的数字电路开发平台&＃xff0c;帮助使用者能够在课堂环境下实现诸多工业领域的应用。

相比早期版本,经优化后的 Artix7FPGA芯片能够实现更高性能的逻辑&＃xff0c;并且能提供更多的容量,更好的性能以及更丰富的资源。

Nexus4DDR开发板集成了USB、以太网和其他端口,能实现从理论型组合电路到强大的嵌入式处理器的多种设计。

几个内置的外设:包括一个加速度计&＃xff0c;一个温度传感器,微机电系统数字麦克风&＃xff0c;扩音器和大量的I/O设备使 Nexus4DDR在不需要任何其他组件的情况下就能满足广泛的设计需求。新一代的 Nexus4DDR最值得被关注的改良是将原先的16MB的 Cellularram升级为128MB的DDR2SDRAM内存。 Nexus4DDR开发板如图所示&＃xff0c;表4.1给出了 Nexus4DDR开发板功能说明。

二、主要外围接口电路

&＃xff08;1&＃xff09;Nexus4 DDR Artix-7FPGA引脚分配

板卡包含16个拨动开关、5个按键、16个独立的LED指示灯和8位7段数码管&＃xff0c;如图2所示。

实际应用中&＃xff0c;如果误把分配给按键或拨动开关的FPGA引脚定义为输出将容易出现短路现象。因此&＃xff0c;按键与拨动开关通过电阻与FPGA相连&＃xff0c;以防止短路损坏FPGA。

5个按键作为瞬时开关&＃xff0c;默认状态为低电平&＃xff0c;当被按下时输出高电平。拨动开关根据拨动位置产生恒定高电平或低电平信号。

16个独立高效率的LED指示灯的阳极分别通过3309电阻与FPGA相连&＃xff0c;当对应1O引脚为高电平时&＃xff0c;点亮相应的LED指示灯。

此外&＃xff0c;上电指示灯、FPGA编程状态指示灯和USB端口状态指示灯&＃xff0c;用户不能使用。板卡上 Nexus4 DDR Artix7FPGA的引脚分配如表2所示&＃xff0c;表中给出了用户I/O信号、7段数码管信号与FPGA引脚的对应关系

&＃xff08;2&＃xff09;LED灯电路

LED灯电路如图2所示。当FPGA输出为高电平时&＃xff0c;相应的LED点亮;否则&＃xff0c;LED熄灭。板上配有16个LED。在实验中灵活应用&＃xff0c;可用作标志显示或代码调试结果显示。

&＃xff08;3&＃xff09;拨码开关电路

拨码开关电路如图2所示。使用该16位拨码开关时需要注意:当开关拨到下挡时&＃xff0c;表示FPGA输入为低电平。

&＃xff08;4&＃xff09;按键电路

按键电路如图2所示。板上配有5个按键&＃xff0c;当按键按下时&＃xff0c;表示FPGA的相应输入脚为高电平。在开发学习过程中&＃xff0c;建议每个工程项目都有一个复位输入&＃xff0c;这样有利于代码调试

&＃xff08;5&＃xff09;数码管电路

数码管电路如图2所示。板卡使用的是两个4位带小数点的7段共阳数码管&＃xff0c;每位都由7段LED组成。每一段LED可以单独描述&＃xff0c;当相应的输出脚为低电平时&＃xff0c;该段位的LED点亮。虽然每一位数码管都有128种状态&＃xff0c;但是实际中常用的是十进制数。位选位也是低电平选通。

每一位数码管的7段LED的阳极都连接在一起&＃xff0c;形成共阳极结点&＃xff0c;7段LED的阴极都是彼此独立的&＃xff0c;如图4.3所示。共阳极信号用于4位数码管的输入信号使能端&＃xff0c;4位数码管中相同段位的阴极连接到一起&＃xff0c;分别命名为CA~CG。例如&＃xff0c;4个数码管的D段LED的阴极都连接在一起&＃xff0c;形成一个单独的电路结点&＃xff0c;命名为CD。这些7段LED的阴极信号用于4位数码管显示&＃xff0c;这种信号连接方式会产生多路显示&＃xff0c;用户必须根据数码管的阳极使能信号来分别点亮相应数码管的段位。

为了点亮一段LED&＃xff0c;阳极应为高电平&＃xff0c;阴极为低电平。然而&＃xff0c;板卡使用晶体管驱动共阳极结点&＃xff0c;使得共阳极的使能反向。因此ANO ~ AN3、AN4 ~ AN7和CA ~ CG/DP信号都是低电平有效。当AN0 ~ AN3、AN4 ~ AN7为高电平时&＃xff0c;数码管均不亮&＃xff1b;AN0 ~ AN3、AN4 ~ AN7为低电平时&＃xff0c;对应数码管的共阳极端为高电平&＃xff0c;如果该数码管的阴极信号CA ~ CG和小数点DP为低电平&＃xff0c;则对应LED段点亮。如果ANO ~ AN3、AN4 ~ AN7同时为低电平则数码管会显示同样的内容。

实际应用中&＃xff0c;经常需要多个数码管显示&＃xff0c;一般采取动态扫描显示方式。这种方式利用了人眼的滞留现象&＃xff0c;即多个发光管轮流交替点亮。板卡上的8个数码管&＃xff0c;只要在刷新周期1~ 16ms(对应刷新频率为60~1000Hz)期间使8个数码管轮流点亮一次(每个数码管的点亮时间就是刷新周期的1/8)&＃xff0c;则人眼感觉不到闪烁&＃xff0c;宏观上仍可看到8位LED同时显示的效果。例如&＃xff0c;刷新频率为62.5Hz&＃xff0c;8个数码管的刷新周期为16ms&＃xff0c;每一位数码管应该点亮1/8刷新周期&＃xff0c;即2ms。

8位数码管的扫描控制时序图如图4所示&＃xff0c;当数码管对应的阳极信号为高电平时&＃xff0c;控制器必须按照正确的方式驱动相应数码管的阴极为低电平。例如&＃xff0c;如果AN1为低电平且保持4ms&＃xff0c;7段信号CA、CA和CC为低电平&＃xff0c;则对应数码管显示为“7”;若AN1无效&＃xff0c;AN0低电平有效且保持4ms&＃xff0c;7段信号CB和CC为低电平&＃xff0c;对应数码管显示为“1”&＃xff0c;这样周而复始&＃xff0c;则两个高位数码管始终显示为“71”。

Vivado设计流程&＃xff08;一&＃xff09;新建工程

Vivado设计流程&＃xff08;二&＃xff09;设计文件输入

Vivado设计流程&＃xff08;三&＃xff09;功能仿真