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1、河北大学工商学院2009届本科毕业生毕业论文（设计）可编程逻辑器件实验板的硬件设计摘 要在本论文中，首先介绍了可编程逻辑器件 ，然后介绍了可编程逻辑器件应用于开发板的背景和国内外的发展情况，其次介绍了本课题的意义和内容，以及芯片的选择、设计软件。在本设计中，选用了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15N芯片作为核心芯片，用Protel 99se进行设计。实验学习板上包括LED显示、七段数码管、按键输入等常用的功能模块，能让初学者快速验证学习思路，培养学习兴趣。实验板分为一个以EPM7128SLC84-15N为核心芯片的核心板，其他功能模块为基板，它能实现一些简单的输入输出，能完成基本
2、下载，然后利用MAX+PLUS II软件开发环境和VHDL语言进行验证。EPM7128SLC84-15N是ALTERA公司研制的一个CPLD，它具有高密度、低成本、低功耗的特点。EPM7128SLC84-15N功能强大可靠性高，因而设计人员可以轻松地开发集存储器、数字信号处理器以及特殊逻辑等强大功能于一身的芯片。 设计中详细的讲解了每个模块的功能，说明了各器件在电路中的工作方式和连接方法。最后，根据设计出的PCB板图焊接电路做出实验板。关键词：实验板 CPLD protel99se The Hardware Design of Programmable Logic DeviceABSTRACT
3、 In this paper, firstly introduced the definition of Programmable logic device and the background of the application in the trainer board and developments at home and abroad,followed the meaning and content of the subject,as well as chip choices,design software and programming software.In this desig
4、n,the EPM7128SLC84-15N series of chips are used,using Protel 99se design.On the studying boadrd are common function modules ineluding LED display, seven digital tube,key-stroke input,ete.to help novices rapidly confirm their studying thought and nurture studying interest. Through the experimental de
5、sign, to the target board, a EPM7128SLC84-15N at the core board, and other functional modules for substrate, to achieve some simple input and output, can be downloaded to complete the basic experimental box,and then use MAX+PLUS II environment and VHDL verification.EPM7128SLC84-15N is the one plug-i
6、n PLD which was developed by ALTERA,it has these characteristics like high-density,low-cost,low-power,etc.It is one of the best device serials in the contemporary application of Altera CPLD. EPM7128SLC84-15N powerful high reliability, and thus designers can easily set the development of memory, digi
7、tal signal processors and special logic functions such as powerful chips. Design in detail the function of each module that all devices in the circuit connecting the working methods and approach.Finally, according to design plans of the PCB board to make experimental circuit board welding.Keyword: t
8、est borad CPLD protel99se目 录一 引言11.1可编程逻辑器件的介绍11.2 国内外发展情况11.3 课题来源及研究目的和意义11.4课题的研究目标和内容1二 芯片选用32EPM7128SLC84-15N概述3三 电路设计53.1开发板的介绍53.2 开发板总体布局53.3 核心电路设计53.4 电源电路设计83.5 JTAG电路设计93.6电平显示（LED）电路设计103.7 七段数码管（SMG）显示电路设计103.8 8*8点阵电路设计103.9 开关电路设计123.10时钟电路设计12四 电路板的制作144.1 用Protel 99se设计电路原理图144.2 用
9、Protel 99se设计印刷电路板（PCB）14结 论17谢 辞18参考文献19附录 一20一 引言1.1可编程逻辑器件的介绍 CPLD是Complex PLD的简称。CPLD是一种综合性较高的逻辑元件。由于具有高整合性的特点，故其有性能提升，可靠度增加，PCB面积减少及成本下降等优点。CPLD元件，基本上是由许多各逻辑块（Logic Blocks）缩组合而成的。而各个逻辑方块均相似于一个简单的PLD元件。逻辑方块间的互相关系则由可编程的连线架构，将整个逻辑电路整合而成。 FPGA其英文全称是Field Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL
10、、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 在内部，FPGA完成逻辑功能使用内存查找表，而CPLD使用的是门阵列中的乘积项技术。两者FPGA和CPLD都包含触发器。1.2 国内外发展情况近些年来随着EDA（Electronic Design.Automation）电子设计自动杰出成果的发展使大规模集成电路的设计与制造进入
11、自动化时代，改变了以往电子系统设计的传统方式。在国外EDA技术的应用已经非常普遍，且发展非常超前，我国接触这方面还比较晚。作为科技后备力量的学生应及早学习并掌握EDA技术。现今我国的EDA技术的学习和CPLD/FPGA的应用热潮正逐步形成随着EDA技术的发展，CPLD/FPGA集成水平的进一步提高和IP芯核产业的进步扩大，可以相信，用不了多久，在大部分的电子设计领域，MCU、MPU、DSP或A/D、D/A和RAM等必将以各种软硬核的形式一统于CPLD/FPGA，实现真正的统一可编程逻辑系统。1.3 课题来源及研究目的和意义在前些年电子类实验教学中，全国各高等院校普遍开设了模电、数电、高频电路和
12、单片机等试验课程。试验内容基本上是一些原理性、验证性试验。上实验课时，学生只是按实验指导书中试验内容的要求搭接电路，测量数据，撰写实验报告。极少进行硬件系统设计的实践教学及模拟仿真。在今天的高等院校电工电子技术本专科实验教学中，EDA技术理应成为一个重要内容。基于EDA我们应用MAX+PLUS II开发CPLD试验板应用于教学，这样使同学的编程不再盲目，可以下载到实验板上对程序进行验证。这使同学们直观的观察程序的运行，更加清楚地了解程序的功能、程序的流程以及软硬件的使用，对教学起到了积极地推动作用。1.4课题的研究目标和内容本课题所研究的是开发一块实验板，该实验板针对实验的编程软件而设计，本方
13、案使用ALTERA公司的EPM7128SLC84-15N芯片，+5V电源供电，与其相关的配置芯片以及可用资源一起制作在实验板上，可以对程序进行下载验证。通过验证结果，可以发现程序中的错误和不足。然后对程序进行修改，直至程序符合要求。实验板上的资源非常丰富，有电源转换部分、芯片配置部分、显示部分等。程序的配置非常方便，芯片与板上资源的连接时断开的，他们的连接时靠短路线和引脚插槽来完成的。这样一来，当程序配置后芯片只与需要的资源相连接，使用完毕后再断开连接，使得有限的芯片IO端口利用率发挥到了极致，大大的方便了使用者。这样的实验板应用于编程实验教学可以使学生直观的了解程序的运行结果、加深了程序编写
14、的思想，同时在进行实验板操作时扩展了其他方面的知识，也增加了同学们的动手能力。本课题研究内容概括如下:(1) 根据ALTERA公司的EPM7128SLC84-15N芯片性能设计其外围电路。(2) 外围电路：六位动态数码管显示、8*8LED点阵显示、8个发光管电平显示、8个开关、4个按钮开关输入、时钟电路。(3) 根据实验板所要实现的功能选择资源。(4) 电路原理图和印刷电路板的制作和软件Protel 99se的使用办法。二 芯片选用 2. EPM7128SLC84-15N概述 Altera公司的EPM7128SLC84-15N可编程系列产品是传统的可编程逻辑门阵列的新型器件。其是Altera公
15、司MAX7000系列中的一个功能强大的器件，它有独特的逻辑应用结构逻辑阵列。EPM7128SLC84-15N中的门阵列由一系列具有实现逻辑功能和存储功能的EAB组成。它结构紧凑、体积小，可靠性高，测量范围广、精度高、能顺利完成一些小型的编程等优点。 EAB（Embedded Array Blocks）把定制的硅片放在门阵列基片之上。每个EPM7128SLC84-15N中的EAB均含有2048bit的RAM。另外，每个EAB单元中还包括数据区、总线和读/写控制等几个部分。 Altera的快速、高效以及易于操作的MAX+PLUS II设计软件可提供EPM7128SLC84-15N系列产品的支持。将MAX+PLUS II软件与广义的可用于EPM7128SLC84-15N器件的IP单元结合起来可有效地简化设计工作，并极大地缩短设计流程。 Altera公司的MAX7000结构中包含五个主要部分，即：逻辑阵列块、宏单元、扩展乘积项（共享和并联）、可编程连线阵列、I/O控制块。 逻辑阵列块LAB：一个LAB由16个宏单元的阵列组成。MAX7000结构主要是由多个LAB组成的阵列以及他们之间的连线构成。
