آشنایی با برد آزمایشگاه معماری

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


مجموعه آزمایشگاه FPGA شامل برد اصلی و پروگرامر شرکتALTERA می باشد. شکل۱- الف بلوک دیاگرام برد FPGA را نمایش می‌دهد. به ‌طور کلی این برد شامل یک FPGA از شرکت ALTERA ، منابع تغذیه ، قسمت های مختلف آنالوگ و دیجیتال و کانکتورها می باشد . در این بخش به توضیح قسمت های مختلف خواهیم پرداخت.

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۱- الف- بلوک دیاگرام برد FPGA

 

 

شکل ۱- ب – برد اصلی آزمایشگاه FPGA

 

تغذیه

تغذیه ورودی برد از طریق کانکتور J12 (کانکتور تغذیه) و کلید تغذیه ورودی تأمین می گردد . از طریق سه رگولاتور، ولتاژهای ۵ ولت ، ۳/۳ ولت و ۵/۲ ولت ساخته می شود. LED های نشانگر ولتاژهای ۵ ، ۳/۳ و ۵/۲ ولت در قسمت بالای رگولاتورها با شماره های LED18,19,20 برای نشان دادن وضعیت ولتاژهای سیستم به کار می روند . محدوده ولتاژ تغذیه ورودی از ۷ تا ۱۲ ولت بوده که بهتر است خروجی یک منبع تغذیه باشد.

تراشه FPGA

تراشه اصلی روی برد ACEX 1K است که یکی از FPGA های شرکت ALTERA می باشد. جدول ۱ انواع تراشه های ACEX از نظر تعداد گیت ها ، بیت های حافظه و نوع بسته[۱] را نمایش می دهد . در روی این برد، FPGA با شکل PQFP است که دارای ۲۰۸ پایه می باشد و بیشترین پایه ای که در اختیار کاربر قرار می دهد ۱۷۱ عدد است . همچنانکه در جدول ۱ مشاهده می نمایید ، بسته ۲۰۸ پین دارای چگالی گیت های مختلفی می باشد . شرکت نصر شرق بنا به نوع سفارش و نوع کار آزمایشگاهی هر دانشگاه و درخواست آن ، از ۳۰ k 50 k یا ۱۰۰ k در نظر می گیرد . برای برنامه ریزی FPGA روی برد می توان از روش JTAG استفاده نمود. پروگرامر ALTERA از یک طرف به پورت موازی و از سمت دیگر به کانکتور J0 در روی برد متصل و با استفاده از نرم افزار Quartus II برنامه ریزی یا پیکربندی میگردد. اگر روی برد PROM (جهت ذخیره دائمی اطلاعات برنامه ریزی) وجود نداشت، باید jumper برنامه ریزی در حالت وصل قرار گیرد، در غیر این صورت این jamper در حالت قطع قرار می گیرد. EPC2 از PROM های شرکت ALTERA می باشد و برای برنامه ریزی این FPGA به کار می رود . این PROM دارای دو نوع بستهPLCC و DIP می باشد که در روی این برد از PLCC برای پیکربندی SRAM داخلی FPGA استفاده شده است .

مولد پالس ساعت

یک اسیلاتور با فرکانس ۲۰MHz روی برد قرار گرفته که به یکی از پایه های FPGA متصل می باشد و می تواند به عنوان clock اصلی برد مورد استفاده قرار گیرد.

حافظه

یک حافظه ۱۲۸ کیلو بیت شرکت SAMSUNG روی برد قرار دارد و باسهای آدرس، داده و سیگنالهای کنترلی آن به FPGA متصل شده است.

 

ارتباط سری RS-232

دو پایه از FPGA به عنوان خط ارسال و خط دریافت برای ارتباط با پورت COM کامپیوتر که از پروتکل RS-232 استفاده می کند در نظر گرفته شده است. این دو پایه از طریق تراشه MAX233 شرکت MAXIM به ولتاژهایRS-232 تبدیل شده و به کانکتور DB9 سری وصل می گردند.

سوئیچ های ورودی و RESET

یک Push Button برای سیگنالهای ورودی لحظه ای مانند Reset و . . . ، و سه عدد DIP Switch چهارتایی برای سیگنالهای ورودی setting و یا برای ارسال سه عدد BCD ، باینری و . . . روی برد در نظر گرفته شده که به یک سری از پایه های FPGA متصل هستند.

نمایشگر LED و هفت قسمتی

چهار LED تک رنگ و چهار LED دو رنگ برای نمایش سیگنالهای خروجی و نیز چهار عدد نمایشگر هفت قسمتی برای نمایش اعداد و . . . روی برد موجود است که به یک سری از پایه های FPGA متصل هستند. همچنین یک jamper برای نمایشگر های هفت قسمتی در نظر گرفته شده است تا در حالت آند-مشترک و یا کاتد مشترک (بسته به اینکه نمایشگرها چطور کار می کنند) قرار گیرد.

مبدل آنالوگ به دیجیتال

برای پردازش سیگنال آنالوگ توسط FPGA یک ADC شرکت ALTERA روی برد قرار گرفته است. این ADC هشت بیتی، با ولتاژ ۵ ولت تغذیه شده و می تواند تا ۲۰MSPS کارکند. باس داده و سیگنالهای کنترلی ADC به پایه های FPGA متصل شده است.

مبدل دیجیتال به آنالوگ

برای ارتباط با دنیای آنالوگ و ارائه نتیجه پردازش سیگنال آنالوگ به صورت خروجی، از یک DAC شرکت ALTERA استفاده شده است. این DAC هشت بیتی با تغذیه ۵/۲ تا ۵ ولت کار می کند و باس داده و سیگنالهای کنترلی آن به پایه های FPGA متصل شده است.

کانکتورهای I/O (ورودی/خروجی)

برای ارتباط با خارج برد دو کانکتور ورودی-خروجی ۲۰ پایه در نظر گرفته شده که به مابقی پایه های کاربری FPGA متصل شده

است و می توان از آن برای ارتباط با اجزای جانبی مانند LCD و یا برد های دیگر مورد استفاده قرار داد. این دو کانکتور IO_1 و IO_2 می باشند .

کانکتور USB

برای ارتباط با پورت USB کامپیوتر کانکتور CN1 در نظر گرفته شده است که در قسمت سمت چپ برد واقع شده است.

 

FPGA Pin Number     FPGA Pin Number     FPGA Pin Number    
۷ SW1-ain4   ۷۴ IO4   ۱۴۳ usbRD  
۸ SW1-ain3   ۷۵ IO12   ۱۴۴ usbD0  
۹ SW1-ain2   ۷۹ GCLK2-J10   ۱۴۷ usbD7  
۱۰ SW1-ain1   ۸۰ DED INPUT2   ۱۴۸ usbD3  
۱۱ SW2-ain8   ۸۱ GND-CKLK   ۱۴۹ ۷SEG2-DP  
۱۲ SW3-ain7   ۸۳ IO3   ۱۵۰ usbD4  
۱۳ SW2-ain6   ۸۵ IO11   ۱۵۷ ۷SEG1-g  
۱۴ SW2-ain5   ۸۶ IO2   ۱۵۸ ۷SEG1-a  
۱۵ SW3-ain12   ۸۷ IO10   ۱۵۹ ۷SEG2-g  
۱۶ SW3-ain11   ۸۸ usbWR   ۱۶۰ ۷SEG1-b  
۱۷ SW3-ain10   ۸۹ IO1   ۱۶۱ ۷SEG2-a  
۱۸ SW3-ain9   ۹۰ IO9   ۱۶۲ ۷SEG2-f  
۱۹ ۴۰MHZ   ۹۲ usbTXE   ۱۶۳ ۷SEG2-b  
۲۴ R1A0   ۹۳ D4-aled7   ۱۶۴ ۷SEG1-f  
۲۵ R1A1   ۹۴ D4-aled8   ۱۶۶ ۷SEG2-e  
۲۶ R1A2   ۹۵ usbRXF   ۱۶۷ ۷SEG2-c  
۲۷ R1A3   ۹۶ D3-alad5   ۱۶۸ ۷SEG2-d  
۲۸ R1CS0   ۹۷ D3-aled6   ۱۶۹ ۷SEG1-c  
۲۹ R1D0   ۹۹ usbPWREN   ۱۷۰ ۷SEG1-DP  
۳۰ R1D1   ۱۰۰ D2-aled3   ۱۷۲ ۷SEG3-a  
۳۱ R1D2   ۱۰۱ D3-aled4.   ۱۷۳ ۷SEG4-a  
۳۶ R1D3   ۱۰۲ D1-aled1   ۱۷۴ ۷SEG4-g  
۳۷ R1WE   ۱۰۳ D1-aled2   ۱۷۵ ۷SEG4-b  
۳۸ R1A4   ۱۰۴ DAC-D2   ۱۷۶ ۷SEG4-f  
۳۹ R1A5   ۱۰۷ Msel1   ۱۷۷ ۷SEG4-e  
۴۰ R1A6   ۱۰۸ Msel0   ۱۷۹ ۷SEG4-c  
۴۱ R1A7   ۱۱۱ DAC-D1   ۱۸۰ ۷SEG4-d  
۴۴ R1A16   ۱۱۲ DAC_D0   ۱۸۲ DED INPUT4  
۴۵ R1A15   ۱۱۳ DAC-CS   ۱۸۳ GCLK1-J11  
۴۶ R1A14   ۱۱۴ DAC-RW   ۱۸۴ DED INPUT3  
۴۷ R1A13   ۱۱۵ DAC-D3   ۱۸۶ ۷SEG1-e  
۵۲ nSTATUS   ۱۱۶ DAC-D4   ۱۸۷ ۷SEG1-d  
۵۳ R1OE   ۱۱۹ DAC-D5   ۱۸۹ ۷SEG3-c  
۵۴ R1D7   ۱۲۰ DAC-D6   ۱۹۰ ۷SEG3-b  
۵۵ R1D6   ۱۲۱ DAC-D7   ۱۹۱ ۷SEG3-g  
۵۶ R1D5   ۱۲۲ ADC-CLK   ۱۹۲ ۷SEG3-f  
۵۷ R1D4   ۱۲۵ ADC-D7   ۱۹۳ ۷SEG3-e  
۵۸ R1A12   ۱۲۶ ADC-D6   ۱۹۵ ۷SEG3-d  
۶۰ R1A11   ۱۲۷ ADC-D5   ۱۹۶ ۷SEG3-DP  
۶۱ R1A10   ۱۲۸ ADC-D4   ۱۹۷ usbD1  
۶۲ R1A9   ۱۳۱ ADC-D3   ۱۹۸ ۷SEG4-DP  
۶۳ R1A8   ۱۳۲ ADC-D2   ۱۹۹ usbD2  
۶۴ IO8   ۱۳۳ ADC-D1   ۲۰۰ IO29ii-j17  
۶۵ IO16   ۱۳۴ ADC-D0   ۲۰۲ TX0  
۶۷ IO7   ۱۳۵ ADC-OE   ۲۰۳ RX0  
۶۸ IO15   ۱۳۶ usbRSTn   ۲۰۴ RST*  
۶۹ IO6   ۱۳۹ usbD5   ۲۰۵ ain13-J18  
۷۰ IO14   ۱۴۰ usbSIWU   ۲۰۶ ain14-J19  
۷۱ IO5   ۱۴۱ usbD6   ۲۰۷ ain15-J20  
۷۳ IO13   ۱۴۲ usbXTIN   ۲۰۸ CLKIN-J9  

                                                                                            

[۱] package