FPGA的PMOD扩展板设计+程序(3)

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2.4 核心板模块

核心板Basys2 开发板是一个设计我们所需要逻辑功能的平台，我们能够使用它它来设计我们想要的数字电路。Basys2是由一个FPGA芯片以及一个USB控制器组成的的，它不仅能够应用于基本逻辑器件，为我们提供了方便、灵活、可靠的硬件平台，而且能够适用于复杂控制器件的各种主机电路。

Basys2开发板由于使用PMOD标准，因此它能够与Xilinx ISE工具的任何版本结合。另外Basys2还有一条自带的下载线，它可以用来提供电源或者编写程序，因此其他的提供电源的或者用来编程的下载线我们就不需要了。

Basys2开发板的特点：

1）Xilinx Spartan 3E FPGA，10万或25万门；

2）拥有着72位高速的双端口以及18位的乘法器，另外还有500MHz的运算能力；

3）USB2.0高速接口提供FPGA配置和数据传输；

4）Xilinx Platform Flash ROM可以无限次存储FPGA配置；

5）可以任意选择不同频率的晶振：有25 MHz的、50 MHz的和100MHz的，并且也有连接其他晶振的插孔，1个8位VGA显示接口；

6）拥有三个内置稳压器：有1.2V的、2.5V的和3.3V的，3.5V-5.5V的外部电源就能够为开发板供电，1个PS/2接口；

7）用户可以用来编程LED灯有8个，七段数码显示管有4个，另外还有4个按键式开关，8个拨动式开关；

8）6针的扩展接口4个，能够连接Digilent的PMOD电路板以及各类元件。

下图一是basys2的实物图。

2.5 外围扩展板硬件模块

外围扩展板硬件模块是要我们完成一个按照PMOD规范、可配合basys2开发板的电路板。那么，首先我们要先了解什么是PMOD规范，然后用Altium Designer软件画出原理图，根据原理图生成PCB，然后根据basys2开发板对PCB排针的位置以及间距进行调整，使电路板能和basys2开发板组合在一起形成一个新的扩展板，最后要根据导师的要求对PCB上的文字以及布线等进行微调，这样一个PCB图就完成了，接下来就是送往加工处加工做成电路板就行了。

2.5.1 PMOD规范

Digilent PMOD接口用于连接低频、低I/O引脚的外围模块，主控板。有六引脚和十二引脚版本的接口定义。该六引脚版本提供了四个数字输入/输出信号引脚，一个电源引脚和一个接地引脚。该十二引脚版本给出了八个输入/输出信号引脚以及双电源的引脚和2个接地的引脚。该信号的十二引脚版本被安排，以便它提供了六个引脚接口的堆叠。总的来说，PMOD外围模块可以直接插到主机板上的连接器，或是通过六针或十二针电缆连接到控制板。二六引脚的外设模块可以连接到一个单一的十二引脚主机连接器通过一一二引脚到双六针分流电缆。类似地，一个单一的十二引脚的外围模块可连接到二个六个引脚主机通过相同的十二引脚六引脚分束电缆主机连接器。PMOD外围模块都是由主机供电，通过接口的电源和接地引脚。PMOD接口是不适合高频率的操作，然而，使用RJ45连接器和双绞线以太网电缆，信号已经发出可靠地在高达4米，距离24MHz。除了六和十二针接口，该接口使用PMOD外围模块还包括I2C接口的一个变种，和两线或四线以上的电缆。在某些情况下，一个I2C连接模块可以直接连接在一个系统板的PMOD连接器，但一般的连接将通过MTE电缆。PMOD I2C接口提供了两个I2C信号，SDA和SCL，加上电源和接地。

数字信号特性是未指定。然而，总的来说一个3.3V逻辑电源用于信号符合LVCMOS 3.3V或LVTTL 3.3V逻辑标准。驱动电流源/接收器能力没有指定，并依赖于特定的系统板或模块的功能。的I / O引脚在系统板一般都是由FPGA或单片机直接驱动。的I / O引脚在Xilinx的FPGA一般有对称图的源/汇的能力。微控制器的驱动能力一般是比较低的，有的甚至是不对称的。驱动强度为单片机引脚范围一般在±5Ma±10mA。的I / O引脚系统板上的连接器一般有PMOD ESD保护二极管的串联电阻和200Ohm。电阻器限制短路电流如果引脚不经意间短路，或防止驱动冲突如果输出是不经意间连接在一起。在主机或外设模块的驱动程序应该有足够的驱动力来驱动该电缆长度无论在PMOD接口运行速度有望。一般来说，这意着，司机应该能源或接收器至少5mA的电流。外围模块可能不认为上拉或下拉电阻是目前主机必须提供适当的终止输入，如果有必要的话，可以不使用漏极开路或集电极开路输出，除非拉在外围模块本身提供。I2C连接模块，数字信号特征符合I2C规范。无论是5V或3.3V的水平可用于大多数模块，但Digilent系统板操作在3.3V和模块主要用于运行在3.3V的驱动电流能力不指定，取决于具体系统板或模块的能力。的I / O引脚在系统板一般都是由FPGA或单片机直接驱动。的I / O引脚在Xilinx的FPGA一般有对称图的源/汇的能力。微控制器的驱动能力一般是少，有的是不对称的。I2C总线是一个集电极开路总线。上拉电阻用来提供逻辑高电平不在模块提供的，因此必须在系统板上。一些Digilent系统板使用电流镜而不是简单的上拉电阻允许更大的容性负载驱动更长的总线提供逻辑高电平。单片机系统板一般都设有专用的I2C连接器提供上拉电阻，跳线选择是从电路。系统板FPGA一般不提供专门的I2C接口，并依靠内部上拉电阻在FPGA的I / O模块提供上拉电阻。