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ASK2CB原理图硬件设计讲解说明

原理图硬件设计讲解说明
在ASK2CB学习板中,FPGA的VCCINT脚全部接到1.2V,这个1.2V是FPGA核心电压,
FPGA另一组电压是VCCIO,这个是FPGA的IO电压,我们统一接到了3.3V,表示此学习板仅使用3.3V的外设。

外接电源部分
外接电源部分电路原理图如上:
其中:
CON4是外接电源插座,用来接外接5V电源适配器供电的。

PW1是一个带自锁的按键开关,能够控制是否给开发板供电。

F1是一个贴片的自恢复保险丝,防止电路板短路后过流。

T1是一个TVS(瞬态抑制二极管),防止电路板过压
C6是一大容量的220Uf/16V贴片电解电容,主要是5V输入电源的滤波
供电部分
FPGA I/O供电部分采用两颗1085-3.3V LDO芯片,最高能提供3.3V 6安的电流,C7和C8是两个0805封装X7R规格的三星产10uF片式多层陶瓷电容器(MLCC),C9是0805封装的0.1uF电容,可以看到C7,C8明显比C9要厚些。

后面的R49电阻仅仅是一个假负载,用来调试电源时使用,通常不需要焊接。

FPGA核心供电部分采用两颗1085-ADJ LDO芯片,能提供1.2V 6安的电流,C10和C11是两个0805封装X7R规格的三星产10uF片式多层陶瓷电容器(MLCC),C12是0805封装的0.1uF电容,可以看到C10,C11明显比C12要厚些,
可以看到上图中,不管3.3V还是1.2V都用了两颗1085来供电,有人可能会问为什么要用到两颗?
因为在FPGA板中,用两颗主要考虑到散热问题,这是由LDO的特性造成的,LDO将压差x电流换算出来的功耗全部转化为热量散发,两颗芯片能够均摊功耗和发热。

此为电源指示灯,当5V通电时,LED4会亮,现在默认采用的是蓝色的0805贴片LED灯。

LCD字符液晶电路
1602字符液晶电路如上:
其中:
CON7为字符液晶座,采用2.54间距的单排针
R14是一个接地电阻,默认焊接1K欧,对本公司出售的液晶屏对比度刚好合适。

如果您要接自已手上已有的另它型号的1602液晶屏,可以先把CON7的第三脚接地进行测试,
能看到显示后,再换180欧或1K电阻来调整合适的对比度
CON5是一个跳线,可以用跳线帽来决定1602字符液晶电压是多少,目前市前上有两种供电电压的1602,一种是3.3V,一种是5V,本学习板通过这个跳线来改供液晶屏供电电压,以支持这两种屏。

特别提示:因为FPGA的I/O输出为3.3V的LVTTL信号,并不能100%带动市面上所有5V电源接口的1602字符液晶屏,有些特殊IC的5V 1602将无法显示。

强烈推荐使用3.3V的1602字符液晶屏在ASK2CB学习板上
PS2键盘电路
PS2键盘电路图如上:
其中:
CON2是PS2键盘座子和PS2鼠标座子两用,你可以看到在PS2标准中第二脚是NC,第6脚是NC,在ASK2CB中,第二脚被当成鼠标的数据线,第六脚被当成鼠标的时钟线,当需要同时使用键盘和鼠标时需要使用PS2一分二转接线,转接线如下图所示:
关于供电部分需要详细说明:早期PS2键盘是5V供电的(当然早期的PC机主板,它们的PS2座子供电也是5V的),当前比较新的PS2键盘是3.3V供电的,在ASK2CB学习板上,PS2供电直接引入5V,主要是想支持早期的5V供电键盘,新式的键盘虽然是3.3V 供电的,但是它们为了能在早期5V供电的老主板上用,都能支持5V的供电耐压,我们为了支持全部的键盘,直接使PS2采用5V供电,但在PS2的时钟线和数据线上,仅采用了3.3V 上拉方式。

这样什么键盘都能在ASK2CB上使用,不必担心供电兼容问题。

串口电路
串口电路原理图如上:
其中:
U1是MAX3232,负责将TTL的电平转为232电平,周围的C1,C4,C5,C3均是MAX3232所需要的外围电路,
CON3是一个母头的DB9座子,可通过连接线接到您的电脑。

LED2、LED3是两个贴片LED灯,它们分别在RS232数据接收和数据发送线上,当有数据发送或接收时,他们会闪烁,表示正在发送或接收数据。

当您没有示波器时,可以根据这两个LED灯判断是否有数据经过。

您需要使用一头公一头母的直接线,连接电脑和ASK2CB学习板.
按键电路
按键电路原理图如上:
其中:
S2、S3、S4、S5、S6五个按键为用户自定义的按键,当按键没按下去时,因为有3.3V 上拉,它所连接的IO口会是高电平,当按键按下去时,它同地导通,所连按的IO口变成
低电平。

由此判断按键是否按下。

S3、S4、S5、S6按键是白色按键,S2按键是蓝色按键,这五个按键都能由用记自定义,由于在ASK2CB学习板中,我们的实验例程通常把S2按键当做软复位键使用,所以键帽用了蓝色的。

LED电路
LED电路原理图如上:
其中:
LED6、LED7、LED8、LED9、LED10、LED11、LED12、LED13八个贴片黄色LED 为用户自定义的LED,它们是电流流出型接法,它所连接的IO口被置为高电平时,电流从FPGA的管脚流出经过LED后到地,这时LED会被点亮。

当它所连接的IO口被置为低电平时,电流不会经LED流进FPGA的IO管脚,所以LED灯不会发光。

蜂鸣器电路
蜂鸣器电路如上:
U2为蜂鸣器当IO11输出不同频率出来时,U2蜂鸣器会发出相应的声音。

I2C电路
I2C电路如上:
U8为I2C接口的24C02,它的SCL脚接到IO13上,SDA脚接到IO12上,这两个脚都已接了上拉电阻。

VGA电路
VGA电路如上:
VGA电路采用了8bit色彩模式,其中红色3位,绿色3位,蓝色2位,最多能输出256种色彩,后面经电阻DA变换成模拟的红绿蓝信号到VGA座子上。

另外还有两个同步信号,HSYNC,VSYNC行同步和场同步信号
SRAM电路
SRAM电路如上:
SRAM所有的地址线,数据线,片选,读使能,写使能信号均接入FPAG的IO口。

当您在设计中仅仅只想使用SRAM时,请记得将SDRAM的片选,FLASH的片选拉高。

SDRAM电路
SDRAM电路如上:
SDRAM所有的地址线,数据线,片选,读使能,写使能信号均接入FPAG的IO口。

当您在设计中仅仅只想使用SDRAM时,请记得将SRAM的片选,FLASH的片选拉高。

FLASH电路
FLASH电路如上,实际焊接的是S29AL064DN90:
FLASH所有的地址线,数据线,片选,读使能,写使能信号均接入FPAG的IO口。

当您在设计中仅仅只想使用SDRAM和FLASH时,请记得将SRAM的片选拉高。

当您在设计中仅仅只想使用SRAM和FLASH时,请记得将SDRAM的片选拉高。

数码管电路
数码管电路如上:
其中:
7SEGA、7SEGB、7SEGC、7SEGD、7SEGE、7SEGF、7SEGG、7SEGDP是数据管的段选,7SEG1、7SEG2、7SEG3、7SEG4、7SEG5、7SEG6、7SEG7、7SEG8是数码管的位选。

重配置按键
如上图,当把S1按键(红色按键)接下后,FPGA会重新从配置芯片中加载程序并运行。

下载端口
原理图如上:
CON8是AS下载端口,CON12是JTAG下载端口
JTAG下载后是将数据写到FPGA中的SRAM中运行,当掉电后,程序丢失。

在使用AS下载时,是将数据写到EPCS4配置芯片中,当掉电后再上电,FPGA会自动从配置芯片中把程序加载到自已内容的SRAM中再运行。

USB Blaster可以接开发板的JTAG口,也可以接开发板的AS口,这两种都能下载,只是用jtag口写入后如果掉电程序就丢了,一般是用来调试时用的,这种模式下载速度快些。

用AS下载写到配置芯片中一般是用来正式演示或定型的版本。

关于电源的特别说明:
上图是PLL电路,在ASK2CB学习板上因有两个PLL,PLL由1.2V供电,标记为FB开头的器件为磁珠(Ferrite Bead 的简写)
对初学者来说,更具体的硬件设计详解需要配合实验共同讲解,稍候会完成文档并公布
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