【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路時(shí)鐘電源及復(fù)位電路（動(dòng)態(tài)掃描）D A轉(zhuǎn)換端口保護(hù)VGA接口電路RGBVSHSFPGA基準(zhǔn)源180。+信號(hào)輸入237。狀態(tài)顯示電路根據(jù)一體化的設(shè)計(jì)思想，在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，將系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)一步細(xì)分為五部分，分別為：信號(hào)輸入電路、VGA接口電路、FPGA核心及配置電路、輸入控制電路和狀態(tài)顯示電路。由這五部分電路，完成信號(hào)的采集、處理和顯示，本章著重講FPGA最小系統(tǒng)和VGA接口電路。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig. System hardware architecture FPGA最小系統(tǒng)FPGA最小系統(tǒng)是能夠獨(dú)立工作的最基本電路。本設(shè)計(jì)采用的FPGA為Cyclone II系列的EP2C35F672，作為主處理單元。其最小系統(tǒng)包括配置電路、時(shí)鐘及復(fù)位電路和電源部分。 配置電路 FPGA的運(yùn)行，分為調(diào)試模式和自運(yùn)行模式。調(diào)試模式，通過JTAG口，將配置代碼直接下載到FPGA中；自運(yùn)行模式，則需要將代碼寫入代碼配置芯片，在系統(tǒng)上電的時(shí)候，將存儲(chǔ)在配置芯片中的代碼寫入FPGA中，由FPGA運(yùn)行代碼。本設(shè)計(jì)中，設(shè)置了上述兩種配置方式。自運(yùn)行模式采用的串行配置芯片為EPCS16。系統(tǒng)若配置成功，則發(fā)光二極管變亮。 配置電路原理圖Fig. Configuring the circuit diagram 時(shí)鐘及復(fù)位電路復(fù)位有兩種形式。，用于手動(dòng)復(fù)位，作為調(diào)試程序時(shí)使用。另外一種是配置復(fù)位。EP2C35F672的輸入時(shí)鐘范圍為10M到360MHz，系統(tǒng)外部輸入頻率太低，則影響系統(tǒng)性能的發(fā)揮；頻率太高，穩(wěn)定性又變差。因此在設(shè)計(jì)中，選擇外部輸入時(shí)鐘頻率為50MHz，采用有源晶振。為增加頻率的穩(wěn)定性，晶振供電電源增加了LC濾波電路。設(shè)計(jì)中若需要更高頻率，則經(jīng)過內(nèi)部的PLL輸出。其中，復(fù)位電路與FPGA的接口為CFG_nCONFUG和nRST_IN，晶振的接口為FPGA的信號(hào)輸入引腳B13，N25，P2。 系統(tǒng)復(fù)位及時(shí)鐘電路 System Reset and clock circuit 系統(tǒng)電源FPGA工作于高速狀態(tài)，對(duì)電源的要求比較高。其中，控制系統(tǒng)部分的輸入電壓為5V，F(xiàn)PGA正常工作時(shí)，，因此，需要將輸入的5V電壓進(jìn)行直流轉(zhuǎn)換。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還需要對(duì)轉(zhuǎn)換的電壓進(jìn)行濾波。本設(shè)計(jì)中，為了節(jié)約成本，采用了電壓串聯(lián)供電的方式。 電源， LDO 。 ，F(xiàn)PGA ， 穩(wěn)壓而得。 系統(tǒng)電源電路 System power supply circuit VGA接口電路 VGA接口概述常見的VGA接口的彩色顯示器，一般由CRT（陰極射線管）構(gòu)成，色彩由R、G、B（紅：Red，綠：Green，藍(lán)：Blue）三基色組成。顯示采用逐行掃描的方式進(jìn)行，陰極射線槍發(fā)出電子束打在涂有熒光粉的熒光屏上，產(chǎn)生RGB 三基色，合成一個(gè)彩色像素。對(duì)于普通的VGA 接口，共有5個(gè)信號(hào)：R、G、B 三基色信號(hào)；HS：行同步信號(hào)；VS：場(chǎng)同步信號(hào)。VGA 顯示器的驅(qū)動(dòng)時(shí)序，要嚴(yán)格遵循“VGA 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，即64048060Hz模式，否則可能會(huì)損壞VGA 顯示器。 VGA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率Tab. VGA industry standard frequency時(shí)鐘頻率(Clock Frequency)(像素輸出頻率)行頻(Line Frequency)31496Hz場(chǎng)頻(Field Ferquency)(每秒圖像刷新頻率)VGA 顯示接口總共有15條線。 VGA接口引腳圖 VGA connector pin diagram引腳分為三組：一是RGB三色模擬信號(hào)輸入線，輸入信號(hào)為0～；二是RGB三色地線，使用過程中，需要做接地處理；三是時(shí)序信號(hào)線，分別是行同步線( Horizon Synchronizing，HS)，場(chǎng)同步線(Vertical Synchronizing，VS) ，這兩條線控制了VGA的顯示時(shí)序；其他為輔助信號(hào)線， VGA接口引腳分配表 VGA connector pin allocation table引腳名稱注釋引腳名稱注釋1RED紅基色（75Ω，）9KEY保留2GREEN綠基色（75Ω，）10SGND同步信號(hào)地3BLUE藍(lán)基色（75Ω，）11ID0顯示器標(biāo)識(shí)位04ID2顯示器標(biāo)識(shí)位212ID1顯示器標(biāo)識(shí)位15GND地13HSYNC行同步6RGND紅色地14VSYNC場(chǎng)同步7GGND綠色地15ID3顯示器標(biāo)識(shí)位38BGND藍(lán)色地 VGA接口電路設(shè)計(jì)（1）VGA接口電路的結(jié)構(gòu)VGA接口電路作用是將二進(jìn)制RGB數(shù)據(jù)幀，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，一般VGA接口電路設(shè)計(jì)時(shí)，多采用專用的VGA接口DA轉(zhuǎn)換芯片，如SDA7123。本文設(shè)計(jì)了一種采用電阻分壓的方式進(jìn)行色彩信號(hào)的DA轉(zhuǎn)換。，整體分為信號(hào)緩沖、電阻分壓、端口保護(hù)等部分。 VGA接口電路圖 VGA interface circuit diagram信號(hào)緩沖采用74ALS573，；RGB信號(hào)，運(yùn)用了三個(gè)電阻，阻值分別為512Ω、1KΩ、2KΩ和一個(gè)接地的75Ω電阻進(jìn)行分壓，將RGB顏色編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～。以R為例，這三個(gè)電阻分別對(duì)應(yīng)R2,R1,R0進(jìn)行加權(quán)。B信號(hào)對(duì)應(yīng)兩個(gè)電阻，B1對(duì)應(yīng)512Ω，B0對(duì)應(yīng)1KΩ的電阻。端口保護(hù)電路，在每一個(gè)輸出信號(hào)線上，采用兩個(gè)二極管IN4148,，固定該點(diǎn)的電壓在0～。（2）信號(hào)與輸出電壓的關(guān)系在電路中，權(quán)值電阻為512Ω、1KΩ、2KΩ，分壓電阻為一個(gè)接地的75Ω電阻，通過如圖25所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分壓后，8位二進(jìn)制RGB顏色編碼，對(duì)應(yīng)的輸出模擬電壓值。 RGB信號(hào)編碼與輸出電壓關(guān)系 RGB signal encoding and output voltage relationship信號(hào)編碼電壓值信號(hào)編碼電壓值R、G0000VB000V00198mV01203mV010197mV10396mV011295mV11598mV100384mV101482mV110580mV111679mV 其他外圍電路邏輯分析儀應(yīng)用過程中，通常需要選擇觸發(fā)通道、觸發(fā)方式、觸發(fā)頻率等一系列信息，還需要啟動(dòng)觸發(fā)或結(jié)束觸發(fā)。此時(shí)，就必須建立控制信號(hào)的輸入通道。在本設(shè)計(jì)中，輸入部分電路如圖43所示，采用8個(gè)獨(dú)立按鍵，每個(gè)按鍵外接一個(gè)10 KΩ的上拉電阻，在FPGA與端口之間，接入一個(gè)220Ω的電阻，在低電位輸入時(shí)，起限流的作用。采用該結(jié)構(gòu)，就形成了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的控制信號(hào)輸入通道。 八路按鍵輸入電路 Octal key input circuit 狀態(tài)顯示電路在設(shè)計(jì)過程中，可以采取用VGA顯示邏輯分析儀當(dāng)前工作狀態(tài)方法。不過，如果采用VGA顯示狀態(tài)信息，編程復(fù)雜，對(duì)功能擴(kuò)展是一個(gè)障礙，對(duì)FPGA的要求，相應(yīng)的提高許多，成本的優(yōu)勢(shì)難以體現(xiàn)。因此，本設(shè)計(jì)將狀態(tài)顯示電路單獨(dú)出來(lái)，用八位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)該部分電路如圖44所示。采用兩個(gè)共陽(yáng)數(shù)碼管3461BS，位驅(qū)動(dòng)部分則采用PNP型晶體管8550。其中與FPGA接口為DIG[7..0]和SEG[7..0]。 狀態(tài)顯示電路 Status Display Circuit4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用自上而下的設(shè)計(jì)思路，可以將基于VGA顯示的邏輯分析儀的模塊細(xì)分為：采樣觸發(fā)控制模塊(sample)、采樣頻率控制模塊(div_freq) 、雙口RAM 存儲(chǔ)模塊(dpram)、波形顯示控制模塊(disp_controller)、VGA 顯示驅(qū)動(dòng)模塊(vga)、鍵盤顯示控制模塊(key_board) 六個(gè)模塊。其中虛線以內(nèi)的模塊屬于邏輯分析，本文處理虛線以外的其他模塊。按功能來(lái)說，采樣觸發(fā)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)的采樣；然后進(jìn)入雙口RAM存儲(chǔ)模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；波形顯示控制模塊只管從雙口RAM中讀數(shù)據(jù)并送往VGA顯示驅(qū)動(dòng)模塊；最后將信號(hào)送往VGA 接口顯示。鍵盤顯示控制模塊主要是控制更改觸發(fā)條件、采樣頻率及數(shù)碼顯示等操作。下面將對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。采樣頻率控制模塊div_freq鍵盤顯示控制模塊key_board采樣觸發(fā)控制模塊sample雙口RAM存