基于EP2C8的FPGA教学实验板设计与实现

随着电子信息技术的发展和电子工艺的不断改进,从早期可以完成简单数字逻辑功能的可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL)到后期的复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA),可编程逻辑器件(PLD)的发展日新月异。以Altera、Xilinx和Lattice为首的各大IC厂商CPLD/FPGA器件推陈出新,器件密度越来越高,速度越来越快,逻辑资源越来越丰富,凭借优异的性能成为目前电路设计研究领域的热点。对于广大工科学生和设计人员来说,嵌入式集成电路的学习和工程项目的研发离不开工程实践,这就需要硬件开发平台的支持。 本文研究的重点是设计一块以Altera公司Cyclonell系列芯片EP2C8Q208C8为核心的FPGA教学实验板。文章从需求分析和总体设计方案出发,详细描述了电路原理图设计、存储器和外围芯片选型以及PCB设计与实现,并对实验板进行相关功能测试与验证。该实验开发板采用模块化的设计思路,分为核心板和扩展板。核心板主要包括电源模块、时钟模块、复位模块、配置电路模块、SRAM和SDRAM模块、JTAG和ASP接口等；扩展板接口丰富,方便进行实验和二次开发,其主要包括LED、数码管、拨码开关、按键、点阵模块接口、LCD 1602接口、A/D和D/A模块、PS/2接口、VGA接口等。其中大多数器件管脚独立,便于扩展。系统的时钟频率为50MHZ,在设计过程中充分考虑了电磁兼容性、信号完整性与功耗问题,合理布局布线,确保实验板具有可靠的性能。开发板采用与EP2C8系列FPGA相匹配的配置芯片EPCS4,有JTAG和ASP两种下载接口方便用户选择,用USB-Blaster电缆便可实现实验板与电脑连接,通过led指示灯可查看下载情况,操作简单。用户在此平台上可进行基础性、扩展性实验和简单工程实践,便于学习应用FPGA和SOPC技术。 最后,通过VGA彩色信号显示实验、LCD 1602显示实验、NiosⅡ软核实验3个具体实例调试实验板的部分模块功能。经过调试可以得到预期设计的实验结果,实验板运行稳定可靠,能够满足高校教学和简单开发设计的需要。