基于fpga多功能实验测试开发板

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1、编号：哈尔滨工业大学大学生创新性实验计划项目验收书项目名称：基于FPGA多功能试验测试开发板项目级别：校级执行时间：2009年10月至2010年8月负责人：学号：联系电话：电子邮箱：院系及专业：电气学院自动化测试与控制系测控技术与仪器专业指导教师：职称：联系电话：电子邮箱：院系及专业：电气学院自动化测试与控制系测控技术与仪器专业哈尔滨工业大学教务处制表填表日期：2010年9月2日一、课题组成员：姓名性别所在院年级学号身份证号本人签名二、指导教师意见：签名：年月日三、院（系）专家组意见：组长签名：（盖章）年月日四、学校专家组意见：组长

2、签名：（盖章）年月日五、项目成果：（一）申请专利情况：序号专利名称发明人专利申请号备注注：请将专利申请书复印件作为附件报送。（二）发表论文情况：序号论文题目作者刊物名及期号备注注：请将所发表论文及其当期刊物封皮、目录的复印件作为附件报送。（三）其它成果：序号名称说明1PCI驱动程序的设计2原理图及PCB3FPGA实验开发板六、项目研究结题报告1课题研究目的基于FPGA多功能试验开发板，主要功能是利用FPGA处理模块实现对逻辑门电路的调试。本项目能提供I/O接口的多组输入输出端，应用AD转换器实现模拟信号向数字信号的转换、同时具有调整

3、输入频率、差分信号的处理等等辅助功能。FPGA即现场可编程逻辑门阵列，他是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线（Internetconect）三个部分。可以支持一片PROM编辑多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由

4、微处理器对其编程。FPGA具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及使用范围宽等优点，兼容了PLD和通用门阵列优点，可以实现较大规模的电路，编程也很灵活。2课题背景本项目主要针对在校大学生在逻辑门电路的设计过程中所遇到的问题而设，经调查得知市场上现有的FPGA学习板不是功能过于单一，就是将FPGA与实验电路集成一体，当学习遇到一定程度并初步具备自主设计能力的时候，这样的学习板显然已经不能满足进一步学习的要求。本项目将采用FPGA核心板与实验板相分离的结构，核心板主要FPGA芯片和电源、配置芯片和计数器组成，即FPGA的最小系统组成，配

5、有多组的空闲的输入输出端子，并都以核心板的插针引出。当学生初步具备自主设计能力的时候，可以自主设计实现更复杂功能的实验板，并将核心板插接到自主设计的实验板插座上，即可利用FPGA的所有I/O来组装自己的电路。3课题研究主要内容3.1数据采集系统总体设计本实验板能对三路模拟信号和四路光栅信号进行高速同步数据采集，同时预留了20路可扩展I/O接口，并且预留了与计算机可进行通讯的PCI总线接口，方便扩展。其数据采集系统结构如图1所示。本实验开发板主要包括A/D转换模块、光栅信号接收模块、FPGA模块、PCI总线接口模块和FIFO数据缓存模

6、块。以下是各个模块的简单介绍：图1数据采集系统结构框图（1）A/D转换模块。将模拟信号经过A/D转换器件转换成能够被计算机识别的数字信号，根据采样速率、转换精度、设计通用性等方面的考虑，本系统采用三片MAXIM公司的16位串行模数转换器件MAX195实现对三路测头信号的模数转换。（2）光栅信号接收模块。主要处理光栅信号，光栅信号为四路差分信号，因此在设计时利用差分信号接收器将四路差分信号转换为相差90°的正交方波信号。本实验开发板选用MC3486实现光栅差分信号的接收功能。（3）FPGA模块。FPGA作为本系统的控制核心，实现对A/

7、D转换器控制；光栅信号的数字滤波、四细分辨相和可逆计数控制；数据采样控制；地址译码；FIFO读写控制；与PCI接口芯片通信控制等功能。FPGA时钟频率高，内部延时小，运行速度快，全部控制逻辑由硬件完成，其内部寄存器资源比较丰富。FPGA可以克服单片机时钟频率低和DSP对外围设备复杂逻辑控制能力不强的不足，满足用户使用时对实时性和同步性的需求。综合系统成本等方面考虑，本系统选用Altera公司Cyclone系列的EP1C3T144C6型FPGA芯片。（4）PCI总线接口模块。数据采集系统与计算机之间的数据传递是采用PCI方式，PCI局

8、部总线不受制于处理器，为中央处理器及外围高速设备提供一座桥梁，提高数据吞吐量。其数据传输速度最高可达到132MB/S，其性能比ISA和EISA总线更为优越。考虑可扩展性，本系统用专用的PCI协议芯片PCI9052实现PCI接口功能，使