ZY11203E实验箱简介课件

ZY11203E实验箱简介1目录一、概述二、核心处理部分三、支撑部分四、输入部分五、输出部分六、辅助部分七、适配处理部分八、扩展功能部分九、综合应用示例2一、概述ZY11203E型实验箱是众友科技份有限公司于2004年推出的一款全功能EDA实验箱。本实验箱采用先进的主板＋适配板＋扩展板的灵活结构，核心芯片功能强大，外围资源丰富，不仅能完成常见的各种EDA实验，而且可扩展性强，为更大效率利用基本输入输出资源和进行二次开发提供更大空间。由于开放适配板和扩展板两处接口，可同时进行核心处理器和附加功能的扩展开发，使更大规模的复杂数字系统开发成为可能。3一、概述实验箱俯视图4一、概述本实验箱特点：1、适用面宽适用于EDA与VHDL教学、数字电路课程实验、电子设计竞赛、现代计算机组成原理、现代DSP技术通信实验、SOC/SOPC/ASIC实验等领域。2、开发用户I/O口众多主板扩展出核心芯片空闲I/O及可用硬件资源的I/O口，便于级联和扩充使用。3、数字EDA与模拟EDA混合开发主板模数转换与模拟可编程适配板结合，可实现数字、模拟EDA混合开发。5一、概述本实验箱特点：5、编程下载通用性强主板系统FPGA/CPLD通用下载模块，兼容ALTERA、XILINX、LATTICE等公司几乎所有sp或现场配置的FPGA/CPLD器件的编程，包括对不同工作电压的FPGA/CPLD器件的下载。编程过程中能自动识别目标芯片，快速准确。6、混合电压兼容能力强

主板系统具备对5V、3.3V、2.5V、1.8V不同芯核电压的FPGA/CPLD器件的编程下载与开发条件。6一、概述本实验箱特点：7、免连线设计8、层次化配套实验体系安排本实验箱以3万门的FPGA器件EP1K30QC208芯片为主要目标芯片，结合QuartusⅡ软件，进行以VHDL语言为工具的EDA教学实验。提供最新的EDA设计软件及其使用课件、VHDL语言学习课件、实验示例课件、实验源程序代码及下载文件、相关芯片资料、EDA学习资料，逐步提高学生学习原理、掌握知识的能力。7一、概述标准实验配置：1、PC机一台2、ZY11203E型实验箱一台3、三相电源线一条4、并口延长线一条5、10芯JTAG连接线一条6、万用表表笔一个7、实验指导书V4.1版一本8、连接线50根BACK8二、核心处理部分本实验箱采用ALTERA公司ACEX系列3万门的FPGA器件EP1K30QC208－2为核心处理芯片。

EP1K30是ACEX1K系列FPGA器件之一，提供1968个寄存器，24576个存储位，30000个典型门，这些使得EP1K30非常适合于构建复杂逻辑功能和存储功能，在需要高性能处理的通信领域内的数字信号处理、宽通道数据操作、数据转换和微控制器等方面应用广泛。作为典型的FPGA器件，为保持其配置的逻辑功能，需要配置芯片进行调电保护。9EP1K30包含一个嵌入式阵列来完成存储功能一个逻辑阵列来完成通用逻辑功能和众多的引脚从而使其可以作为接口与系统组件有效连接。EP1K30内含1728个宏单元，划分为216个逻辑阵列块。嵌入式阵列由一系列嵌入式阵列块组成，每个嵌入式阵列块提供4096位空间，可用于创建RAM或ROM，还可贡献100到300个门为构建组合逻辑功能所用。二、核心处理部分10二、核心处理部分核心芯片俯视图BACK111、电源模块2、通用编程模块3、配置模块4、模式选择模块三、支撑部分12三、支撑部分1、电源模块电源模块包括3个开关，7个电压输出插孔。其中交流开关用于打开从220V交流电源接入的内部变压器，为实验箱提供基本工作电源。打开交流开关，电源指示灯PL0亮，实验箱进入待机状态。按钮开关APW1用于打开主板个模块工作电源，按下APW1后，电源指示灯PL1亮，实验箱进入工作状态，为系统提供+5V,+3.3V,+2.5V,+1.8V电源。按钮开关APW2用于打开＋12V，－12V电源，按下APW2后，电源指示灯PL2、PL3亮。打开交流开关后APW1、APW2才会有效。131、电源模块三、支撑部分141、电源模块三、支撑部分另外，由插孔输出的＋3.3V，＋2.5V，＋1.8V电源是可调的，通过主板反面的可调电位器PW1，PW2，PW3进行调节，从而使您开发新的不同电压要求的适配板或扩展板，利用本实验箱实现1.5V、1.2V等低电压的数字系统设计更方便。152、通用编程模块三、支撑部分本模块为FPGA/CPLD通用配置/编程模块，可以使用本模块对ALTERA、LATTICE、XILINX等国际著名PLD公司的几乎所有isp器件或FPGA/CPLD器件进行编程下载并且能自动识别目标器件。本模块由并口插座、核心电压跳线选择器、下载接口三部分组成。用25芯并口延长线将计算机并口与实验箱并口插座连接起来，以实现计算机对可编程器件的编程。162、通用编程模块三、支撑部分172、通用编程模块三、支撑部分核心电源跳线器用于选择不同的跳线XK1（5V）、XK2（3.3V）、XK3(2.5V)或XK4(1.8V)，可以对不同芯核电压的CPLD/FPGA器件进行在系统编程和配置，新产品默认接XK2（3.3V）。下载接口用于连接本模块与目标器件的可编程接口。在本实验箱的配置模块、适配板上都有相应的接口，用10芯JTAG下载线将本模块下载接口接配置模块的下载接口，才能实现现场下载或配置。183、配置模块三、支撑部分本模块由核心芯片下载接口和配制芯片EPC2下载接口两部分组成，主要完成对核心芯片下载或配置芯片EPC2的下载功能。用10芯JTAG连接线将通用编程模块的下载接口与本模块的核心芯片下载接口连接起来，可以实现对核心芯片EP1K30的在线配置（编程）。在QuartusⅡ软件编译仿真通过的下载文件（*.SOF）可通过核心芯片下载接口配置入EP1K30，完成相应的逻辑功能。但一旦核心芯片断电后，芯片内的编程信息将丢失，在下一次使用时需重新下载入核心芯片。193、配置模块三、支撑部分203、配置模块三、支撑部分为了克服上述缺点，各大PLD公司推出了可自动重新加载FPGA的配置芯片，将下载文件（*.POF）下载到配置芯片，可在核心芯片重新上电后自动将编程文件信息加载到FPGA中，从而达到与CPLD类似的一次编程，永久保存的效果。用10芯JTAG连接线将通用编程模块的下载接口与本模块的EPC2下载接口连接起来，可以实现对掉电保护芯片（配置芯片）EPC2的编程。编程完毕后，断电一次，从下次上电起每次重新上电程序自动由EPC2加载到核心芯片。213、配置模块三、支撑部分本模块的跳线器CK1用来选择核心芯片A（EP1K30）的接口电压（VCCIO），短接1、2脚为3.3V，短接2、3脚为2.5V，新产品统一1、2脚短接；跳线器CK2始终短接，为核心芯片A（EP1K30）提供核心工作电压（VCCINT）2.5V。224、模式选择模块三、支撑部分本模块采用8位拨码开关，实现硬件资源免连线功能，同时是为了全面开放I/O口而设计的。在不使用实验箱上相应资源而要使用I/O口时，所有拨码开关均拨向下，此时硬件资源相连的I/O口会开放给用户自由使用。当需要使用实验箱上的资源时，将相应的拨码开关拨箱上，此时与此硬件资源相连的I/O口即被占用，用户可利用这些资源进行数字系统设计。模式选择拨码开关在实验箱上有明确标识，第一位拨位开关拨向上即数码管显示模块工作，依此类推。234、模式选择模块三、支撑部分拨码开关2、3分别控制LED1-8和LED9-16。拨码开关4、5分别控制开关按键KD1-KD8和KD9-KD16。其它拨码开关意义如图所示。BACK241、数字时钟源模块2、开关按键模块3、键盘模块4、模拟信号源模块四、输入部分251、数字时钟源模块四、输入部分本模块是数字时序系统重要的模块之一，为数字系统提供基准工作时序脉冲信号。本模块数字脉冲频率均由晶振分频产生，供设计使用。有9个跳线器（TJ1-TJ9），分为三组分别连接到核心芯片(EP1K30)的第一、第二、第三全局时钟(GCLK1，GCLK2，GCLK3)，TJ1-TJ3为GCLK1的输入，TJ4-TJ6为GCLK2的输入，TJ7-TJ9为GCLK3的输入。如用跳线块将TJ1上的128Hz接上，即向GCLK1输入128Hz数字脉冲。不要同时将每组中不同两个或两个以上频率跳线接上，否则将导致运行错误。261、数字时钟源模块四、输入部分271、数字时钟源模块四、输入部分本实验箱提供24种常用频率（1Hz-100MHz)作为核心芯片EP1K30全局时钟GCLK1、GCLK2、GCLK3的输入。另外，为了便于您使用提供的24种以外的频率信号输入，我们将GCLK1，GCLK2，GCLK3输入开放为插孔和测试钩，您可以从外部数字信号源输入需要的频率信号。此时时，请将对应全局时钟的3个跳线器上的跳线块全部取下，以免造成冲突。如向GCLK2输入外部时钟信号，需将跳线器TJ4-TJ6全部悬空。281、数字时钟源模块四、输入部分

按钮开关TPW1为时钟开启开关，按下TPW1时，时钟源指示灯TL1亮，9组频率信号有效。否则无任何信号产生于9组跳线器上。当电源模块开关APW1按下时，本按钮开关才有效。另外，在对FPGA/CPLD进行配置或编程时，应关闭数字时钟源模块，即将TPW1关闭（未按下）。下载完毕，方可打开本模块。（设计中用到本模块的频率作为全局时钟输入，未用到可不打开）

292、开关按键模块四、输入部分本模块是数字系统最常用的模块之一，即利用开关按键产生高电平、低电平输入到FPGA/CPLD器件的I/O口中，一般用于逻辑输入和控制。当模式选择模块拨码开关4、5、8拨向上时，本模块全部有效。本模块包含拨位开关KD1-KD16，按键K1-K16以及开关按键指示灯KL1-KL16。序号相同的组件是接在同一个I/O口上的，如KD5、K5及KL5是接在一起的。拨位开关拨向上表示向该I/O口输入高电平，否则是输入低电平。如当拨位开关KD5拨向上时，向I/O32输入高电平，相当于按键K5长按下，此时KL5灯亮。302、开关按键模块四、输入部分模式选择模块拨码开关4控制前八个开关按键，5控制后八个开关按键。在需要使用按键进行输入时，应将对应拨位开关拨向下，按下按键输入高电平，不按则输入低电平。另外，我们将开关按键所连接的16个I/O口开放为插孔，便于您使用这些I/O口。313、键盘模块四、输入部分本模块是数字时序系统常用的模块之一，为数字系统提供多值控制信号。本模块由4行4列共16个按键组成。可用于输入十六进制数0－F。本模块按键输入与开关按键模块的按键输入不同，按键按下并非表示输入高电平或低电平，而是表示接通该按键所在行和列。根据节省I/O口的原则，我们将这16个按键接成4行4列，每行4个按键第一脚相连，每列4个按键第二脚相连。详细原理图见实验指导书。推荐采用扫描方式进行键值判断。323、键盘模块四、输入部分334、模拟信号源模块四、输入部分本模块提供模拟信号，可输出正弦波、方波、三角波，并且输出信号的频率、幅度、占空比均可调，可作为模数转换的输入信号使用。按钮开关ARW1为模拟信号源开启开关，按下ARW1时，指示灯AL1亮，模拟信号源可输出相应模拟信号。当电源模块开关APW2按下时，ARW1才有效。本模块采用集成信号发生器ICL8038产生所需信号，其芯片资料放在发货光盘实验二十九文件夹内。344、模拟信号源模块四、输入部分354、模拟信号源模块四、输入部分跳线器AJ0用于频率选择。跳线器AJ1-AJ3用于频段选择。当AJ0不短接时，可向IN处输入控制信号（相当于通信中的基带信号），此时若AJ1-AJ3全部不短接，OUT端输出与IN端相同的信号；若AJ1-AJ3中任何一个短接（载波输入），则OUT端会输出经控制信号调制的正弦波。如通过连接线向IN端输入256Hz的方波，并短接AJ1，则OUT端输出两信号相乘的波形（幅度调制波形，即当IN为0时输出0V，当IN为1时输出频率约为40KHz的正弦波），短接AJ1时载波频率最高，短接AJ3时频率最低。364、模拟信号源模块四、输入部分当短接AJ0时，通过跳线器AJ1-AJ3选择输出信号频段，跳线器AJ4-AJ6选择输出信号类型，电位器AW1调节输出信号频率，电位器AW5调节输出信号幅度，可调电阻AW2调节输出信号占空比，可调电阻AW3、AW4调节输出信号失真度。当短接AJ0，占空比调为50％时，短接AJ1输出信号频率在890Hz-41.1KHz之间，短接AJ2输出信号频率在100Hz-4.5KHz之间，短接AJ3输出信号频率在32Hz-1.5KH之间。短接AJ4、AJ5、AJ6分别输出方波、正弦波、三角波。BACK371、LED显示模块2、液晶显示模块模块3、数码管显示模块4、喇叭模块五、输出部分381、LED显示模块五、输出部分本模块是常用的数字系统输出模块，即用LED的亮与灭观察输出电平的高与低。当模式选择模块拨码开关2、3均拨向上时，LED1-LED16全部有效显示。拨码开关2控制前八个LED，3控制后八个LED。392、液晶显示模块五、输出部分本模块是选配件。本模块选择FM12223型液晶显示屏。该液晶资料及工作原理放在见发货光盘实验四十三文件夹内。在使用液晶屏做液晶实验时，将液晶屏正确地插在液晶显示模块对应的单排军品插座上。按键NK1用于液晶显示复位，可调电阻NW1用于调节液晶的对比度。402、液晶显示模块五、输出部分413、数码管显示模块五、输出部分本模块是常用的数字系统输出模块。本模块选择共阴数码管，相关知识清查阅模拟电子技术基础书籍。当模式选择模块拨码开关1拨向上时，本模块有效。根据节省I/O口的原则，我们将8个数码管SM1-SM8进行如下连接：

SM1-SM8的对应段码接在一起，即SM1-SM8的A段接在一起，以此类推。

SM1-SM8的片选接3-8译码器的输出端。因此，本模块共需要控制信号3个，作为3-8译码器输入，数据信号8个，作为数码管段码输入。423、数码管显示模块五、输出部分433、数码管显示模块五、输出部分根据硬件接法，本模块如下使用：用3个I/O口作为数码管片选信号送入3-8译码器，用8个I/O口作为段码信号直接接SM1-SM8的A段-H段。某一时刻，由片选信号CS0-CS2选择一个数码管如SM3(CS0-CS2为011），相应的段码信号D0-D7输入要显示的段码序列（参考该数码管硬件手册），此时，由于只选中了SM3，因此在SM3上显示出所要显示的数据。当要多位数码管进行显示时，只要保持片选信号与要显示的数据的一致性（即选中某个数码管时，段码信号也同时为要显示的数据）即可。444、喇叭模块五、输出部分本模块提供音频信号输出。当跳线器SK2短接时，喇叭有效，可通过电位器SW1调节喇叭声音的大小。当跳线器SK1短接时（SK2不短接），喇叭模块无效，此时插孔SPEAKER作为逻辑输入，用连接线将SPERKER接3.3V或GND，即向I/O44输入相应的电平。这样设计是为了1个附加逻辑输入端口，更大效率利用资源。454、喇叭模块五、输出部分BACK461、逻辑笔模块2、A/D、D/A转换模块3、信号调节模块4、滤波模块5、分立元件模块六、辅助部分471、逻辑笔模块六、辅助部分本模块提供逻辑电平探测功能。用万用表表笔一头接本模块插孔，另一头接待测I/O口或测试钩，当代词I/O口或测试钩上为高电平时，本模块红灯亮，为低电平时，绿灯亮，不接输入时，黄灯亮（即为高阻态）。481、逻辑笔模块六、辅助部分492、A/D、D/A转换模块六、辅助部分本模块是数字系统中常用的重要模块之一。本模块包含1个8位高速A/D转换器件TLC5510，一个8位高速D/A转换器件TLC7524，其芯片资料放在发货光盘中实验三十和实验二十九文件夹内。当模式选择模块拨码开关6、7拨向上时，本模块A/D、D/A同时有效。插孔ADIN是A/D的输入，A/D的输出接核心芯片I/O12-I/O14。插孔DAOUT和GND是D/A的输出，D/A的输入接核心芯片I/O27-I/O20。502、A/D、D/A转换模块六、辅助部分513、信号调节模块六、辅助部分本模块主要用于对模拟信号进行调节。将模拟信号从插孔或测试钩IN1输入，可在OUT1处得到添加了直流分量的信号（即将原始信号抬高）。添加的直流分量的大小通过电位器FW3进行调节，最高添加＋5V直流信号。将模拟信号从插孔或测试钩IN2输入，可在OUT2端得到该信号的比例放大信号（含放大和衰减）。调节电位器FW4可改变比例值。523、信号调节模块六、辅助部分534、滤波模块六、辅助部分本模块主要用于对模拟信号进行滤波。从插孔或测试钩IN+和IN-输入模拟信号（单端输入时一端接GND），在HPF、LPF、BPF端可分别得到经过高通、低通、带通滤波的信号。通过调节电位器FW1和FW2来改变滤波的截至频率和中心频率。544、滤波模块六、辅助部分555、分立元件模块六、辅助部分本模块主要用于模拟可编程实验中。BACK56七、适配处理部分

为体现EDA工具本身的优势，加强资源利用率，本实验箱专门设计了适配处理部分。作为开放性的主要体现，本实验箱用扩展插槽接适配处理板的方式实现各种可编程处理芯片的扩展。由于PLD器件发展迅速，任何一款核心芯片固定的EDA实验箱都很难同步更新其核心PLD器件。为此，我们在实验箱上设计了适配板接口，从而使你应用各种最新的FPGA/CPLD或isp器件进行设计更得心应手，你只需单独设计一个简单的只包含核心芯片和下载接口的PCB板，与我们的适配板插槽相接，就可应用实验箱上的资源。57七、适配处理部分58七、适配处理部分

本部分使用方法：将您设计的PCB板插于实验箱的适配板B的两排插槽CON1和CON2上，用10芯JTAG电缆线将通用编程模块的下载接口与您的PCB板上核心芯片的下载接口相连，就可以利用通用编程模块的电路对您的目标芯片进行在线编程和配置，并且您可以方便的应用扩展槽所接的硬件资源。我们为您提供以下几种适配板，供您自行开发。591、ALTERA公司EP1K100数字适配板2、XILINX公司XCS30数字适配板3、XILINX公司XC95108数字适配板4、LATTICE公司ispLSI1032数字适配板5、LATTICE公司ispPAC10模拟适配板6、LATTICE公司ispPAC20模拟适配板7、LATTICE公司ispPAC80模拟适配板七、适配处理部分60七、适配处理部分1、ALTERA公司EP1K100数字适配板61七、适配处理部分2、XILINX公司XCS30数字适配板62七、适配处理部分3、XILINX公司XC95108数字适配板63七、适配处理部分4、LATTICE公司ispLSI1032数字适配板64七、适配处理部分5、LATTICE公司ispPAC10模拟适配板65七、适配处理部分6、LATTICE公司ispPAC20模拟适配板66七、适配处理部分7、LATTICE公司ispPAC80模拟适配板BACK67八、扩展功能部分

为了使您的设计所使用的硬件资源不仅仅局限于实验箱上的固定模块，我们专门设计了扩展功能部分。作为开放性的主要体现，本实验箱用扩展插槽接扩展板的方式实现各种外围硬件资源的扩展。由于数字系统外围器件通用发展迅速并丰富多彩，彩为此，我们在实验箱上设计了扩展板接口，从而使你应用各种外围器件进行设计更得心应手，你只需单独设计一个简单的只包含该外围硬件的PCB板，与我们的扩展板插槽相接，就可应用实验箱上的核心芯片或适配板上的处理芯片，进行硬件调试和开发。68八、扩展功能部分69八、扩展功能部分

本部分使用方法：将您设计的PCB板插于实验箱的扩展板C的两排插槽CON3和CON4上，就可以利用核心芯片或适配板上处理芯片对您的硬件进行调试。我们为您提供以下几种扩展板，供您使用。701、单片机扩展板2、点阵扩展板3、数字逻辑学习板八、扩展功能部分71八、扩展功能部分1、单片机扩展板72八、扩展功能部分1、单片机扩展板本扩展板主要完成单片机与PC机、FPGA/CPLD之间的通信，PS/2键盘控制，VGA显示控制，串口通信等实验内容。具体使用方法见实验指导书。73八、扩展功能部分2、点阵扩展板74八、扩展功能部分2、点阵扩展板本扩展板主要完成交通灯，点阵显示控制实验。具体使用方法见实验指导书。75八、扩展功能部分3、数字逻辑学习板76BACK八、扩展功能部分3、数字逻辑学习板本扩展板主要用