一種基于APA300的創(chuàng)新型FPGA實驗板設計

　　摘 要: 基于Actel公司Flash型FPGA芯片APA300設計并實現一款創(chuàng)新型FPGA實驗板。該實驗板包括2片互通的APA300、豐富的外圍設備和常用外部設備端口，還提供與外部電路連接的擴展接口，能夠開展多種創(chuàng)新性實驗，并可作為科學預研的平臺。在詳細介紹了實驗板各部分的實現原理和電路連接圖后，給出了實驗板的兩個典型創(chuàng)新性實驗示例：協處理器密碼機和MP3播放器。

　　21世紀的教育是開放、創(chuàng)新的教育，其主要目標是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質人才。因此，創(chuàng)新是教育、尤其是高等教育的靈魂。然而由于現有FPGA實驗平臺大多功能固定、可擴展性差、便攜性差，不方便學生進行自主設計、自我創(chuàng)新。本文基于APA300設計并實現了一款成本低、功能強、可擴展性好、便攜性好的創(chuàng)新型FPGA實驗板，可方便學生開展多種創(chuàng)新型實驗，進行自主創(chuàng)新的探究性學習，能充分調動學生的主觀能動性，激發(fā)學習興趣，增強學生的創(chuàng)新實踐能力，同時該實驗板還可作為科學預研的平臺。

　　1 FPGA器件的選用

　　FPGA器件選用Actel公司基于Flash開關編程的ProASIC plus系列芯片APA300。該器件采用0.22 μｍ、4層金屬工藝制造，包含30萬門系統(tǒng)門，有72 Kbit內嵌式RAM資源，編程信息存儲在Flash可編程邏輯開關中，具有低功耗、高密度、非易失性、可重復編程、不需要專門的編程芯片等特點，同時由于其元胞陣列結構類似于門陣列，具有與ASIC設計方案從物理上的易轉換特征，所以被廣泛應用于消費電子產品、工業(yè)控制、航空電子、通信技術領域[1]，性能可完全滿足高校FPGA教學和中規(guī)模數字系統(tǒng)設計要求，而且其開發(fā)軟件Libero易學易用。

　　2 實驗板的設計與實現

　　實驗板總體結構框圖如圖1所示。實驗板主要包括2片APA300、數字量輸入、LED顯示、七段數碼管顯示、RS232串行接口、并行接口、蜂鳴器及其驅動電路、多路時鐘信號源和高頻信號源以及電源和復位電路。為使開發(fā)板使用靈活方便，還提供了能與外部擴展電路相連的擴展接口，并通過并行總線和狀態(tài)控制線實現2片APA300的互連。

　　2.1 APA300電路

　　為便于開展創(chuàng)新性實驗和滿足外圍電路對IO數目的要求，實驗板選用2片PQFP208封裝形式的APA300芯片，它們之間通過16 bit并行接口相連。除并行接口外，2芯片間還添加了狀態(tài)控制線，即硬件握手信號線/START、/DONE，可加快相互通信的速率。常用的功能模塊與芯片U1相連，擴展接口與芯片U2相連。APA300電路連接圖如圖2所示。