EDA實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書1209_第1頁(yè)
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1、實(shí)驗(yàn)一QuartusII軟件應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉EDA開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基本操作。2、掌握EDA開(kāi)發(fā)工具的圖形設(shè)計(jì)方法。3、掌握?qǐng)D形設(shè)計(jì)的編譯與驗(yàn)證方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)一臺(tái)QuartusII軟件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)原理圖:建立一個(gè)4-bit 計(jì)數(shù)器圖形設(shè)計(jì)文件(如圖1.1示);圖 1.1 圖形設(shè)計(jì)例圖利用向?qū)?chuàng)建一個(gè)新器件(6位全加器:使能、流水線等參數(shù)自行設(shè)定)。2、實(shí)驗(yàn)步驟:新建一個(gè)文件夾,一般在F盤里。打開(kāi)QuartusII軟件,選擇File/New,在彈出的窗口中選Device Design Files選項(xiàng)卡,再選擇Block Diagram/Schematic 選項(xiàng),單擊OK后打開(kāi)圖

2、形編輯窗口。 選擇File/Save As命令,保存文件在已經(jīng)創(chuàng)建的文件夾里。當(dāng)出現(xiàn)詢問(wèn)是否創(chuàng)建工程的窗口,應(yīng)當(dāng)單擊是進(jìn)入創(chuàng)建工程流程,否則要重新創(chuàng)建工程把文件添加進(jìn)去。打開(kāi)工程中的原理圖文件,在原理圖編輯窗口的任何一個(gè)位置右擊,將出現(xiàn)快捷菜單,選擇Insert /Symbol命令,出現(xiàn)元件輸入對(duì)話框,選擇相應(yīng)的器件,并連接好電路,然后分別在input和output 的PIN NAME上雙擊使其變黑色,再分別輸入引腳名。選擇Processing/Start Compilation命令,進(jìn)行全程編譯。打開(kāi)波形編輯器,選擇File/New,在New中選擇Other Files中的 Vector W

3、aveform File 選項(xiàng),單擊OK,出現(xiàn)空白的波形編譯窗口選擇File/Save As命令,存盤。文件名一定要與原理圖文件名一致。然后添加相應(yīng)的端口信號(hào)節(jié)點(diǎn)到波形編輯器中,設(shè)置合理的輸入信號(hào)。 選擇Processing/Start Simulation,進(jìn)行波形仿真。選擇Tools/MegaWizard Plug-In Manager,根據(jù)向?qū)崾緞?chuàng)建一個(gè)位全加器。、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄:打印出實(shí)驗(yàn)原理圖與仿真波形圖,打印出利用向?qū)?chuàng)建的新器件的圖形,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、實(shí)驗(yàn)研究與思考1、延遲時(shí)間分析、最高工作頻率分析等時(shí)間分析有何重要性? 2、流水線的作用是什么?對(duì)那些性能有影響?2、功能仿真、驗(yàn)

4、證起到什么作用?實(shí)驗(yàn)二 VHDL軟件設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉EDA開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基本操作。2、掌握EDA開(kāi)發(fā)工具的VHDL設(shè)計(jì)方法。3、掌握硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)的編譯與驗(yàn)證方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)一臺(tái)QuartusII軟件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的程序:LIBRARY Ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;ENTITY count24 ISPORT(en,clk: IN STD_LOGIC; qa: out STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -個(gè)位數(shù)計(jì)數(shù) qb: out ST

5、D_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); -十位數(shù)計(jì)數(shù)END count24;ARCHITECTURE a1 OF count24 ISBEGINprocess(clk)variable tma: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);variable tmb: STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);begin if clkevent and clk=1 then if en=1 then if tma=1001 then tma:=0000;tmb:=tmb+1; Elsif tmb=10 and tma=0011 then tma:=0

6、000; tmb:=00; else tma:=tma+1; end if; end if; end if; qa=tma; qb BT = 00000001 ; A BT = 00000010 ; A BT = 00000100 ; A BT = 00001000 ; A BT = 00010000 ; A BT = 00100000 ; A BT = 01000000 ; A BT = 10000000 ; A NULL ; END CASE ; END PROCESS P1;P2:PROCESS(CLK) -計(jì)數(shù)器 BEGIN IF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN C

7、NT8 SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG NULL ; END CASE ; END PROCESS P3; END;例4.1是掃描顯示的示例程序,其中clk是掃描時(shí)鐘;SG為7段控制信號(hào),由高位至低位分別接g、f、e、d、c、b、a 7個(gè)段;BT是位選控制信號(hào),接圖中的8個(gè)選通信號(hào):k1、k2、k8 。程序中CNT8是一個(gè)3位計(jì)數(shù)器,作掃描計(jì)數(shù)信號(hào),由進(jìn)程P2生成;進(jìn)程P3是7段譯碼查表輸出程序,進(jìn)程P1是對(duì)8個(gè)數(shù)碼管選通的掃描程序,例如當(dāng)CNT8等于001 時(shí),K2對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管被選通,同時(shí),A被賦值3,再由進(jìn)程P3譯碼輸出100

8、1111,顯示在數(shù)碼管上即為“3”;當(dāng)CNT8掃變時(shí),將能在8個(gè)數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù):13579BDF 。四、實(shí)驗(yàn)研究與思考1、字符顯示亮度和掃描頻率的關(guān)系,且讓人感覺(jué)不出光爍現(xiàn)象的最低掃描頻率是多少?2、掃描顯示和靜態(tài)顯示有什么差別?使用掃描顯示有什么好處? 實(shí)驗(yàn)五 VHDL硬件設(shè)計(jì)-計(jì)數(shù)器及時(shí)序電路描述一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解時(shí)序電路的經(jīng)典設(shè)計(jì)方法(JK觸發(fā)器和一般邏輯門組成的時(shí)序邏輯電路)。2、了解同步計(jì)數(shù)器,異步計(jì)數(shù)器的使用方法。3、了解同步計(jì)數(shù)器通過(guò)清零阻塞法和預(yù)顯數(shù)法得到循環(huán)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。4、理解時(shí)序電路和同步計(jì)數(shù)器加譯碼電路的聯(lián)系,設(shè)計(jì)任意編碼計(jì)數(shù)器。5、了解同步設(shè)計(jì)和異步設(shè)計(jì)的

9、區(qū)別。二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)一臺(tái)QuartusII軟件 EDA實(shí)驗(yàn)箱三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的六個(gè)實(shí)驗(yàn)均要通過(guò)實(shí)驗(yàn)十的“掃描顯示電路”進(jìn)行顯示,具體連線根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成時(shí)的管腳分配來(lái)定義,同相應(yīng)的輸入輸出接口功能模塊相連,掃描模塊的設(shè)計(jì)參考實(shí)驗(yàn)四。1、用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)異步四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。8位LED數(shù)碼管16進(jìn)制顯示掃描顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)參考原理圖如圖5.1所示。其中,計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率CLK40Hz;四位JK觸發(fā)器接成異步計(jì)數(shù)器;SEL0SEL2為掃描地址(控制八位數(shù)碼管的掃描順序和速度);AG為顯示譯碼輸出,代表數(shù)碼管的八個(gè)段位(a,b,c,d,e,f,g);八位數(shù)碼管同時(shí)順序顯示0F。圖

10、5.1 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)參考原理圖3.繪制原理圖后進(jìn)行仿真驗(yàn)證,最后下載到實(shí)驗(yàn)箱。4、自行設(shè)計(jì)紀(jì)錄方式,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、實(shí)驗(yàn)研究與思考1、說(shuō)明在FPGA設(shè)計(jì)中,同步設(shè)計(jì)和異步設(shè)計(jì)的不同之處。2、圖形設(shè)計(jì)和VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)編程各有什么優(yōu)點(diǎn),混合編程時(shí)應(yīng)注意些什么問(wèn)題?實(shí)驗(yàn)六 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解函數(shù)信號(hào)發(fā)生的方法。2、掌握LPM_ROM的使用方法。3、了解DAC0832的工作原理和控制時(shí)序。4、掌握DAC0832的控制時(shí)序的VHDL設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。5、了解低通濾波電路的原理及其在信號(hào)發(fā)生中的應(yīng)用。2、熟悉SignalTap II測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)、QuartusII軟件、EDA試

11、驗(yàn)箱、示波器。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在Quartus II上完成正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì),包括仿真和資源利用情況了解(假設(shè)利用Cyclone器件)。最后在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上實(shí)測(cè),包括SignalTap II測(cè)試、FPGA中ROM的在系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫測(cè)試和利用示波器測(cè)試。示例程序如例6.1,【例6.1】 正弦信號(hào)發(fā)生器頂層設(shè)計(jì)LIBRARY IEEE; -正弦信號(hào)發(fā)生器源文件USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY SINGT IS PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; -信號(hào)源時(shí)鐘 DOUT : OUT STD

12、_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0) ); -8位波形數(shù)據(jù)輸出END;ARCHITECTURE DACC OF SINGT ISCOMPONENT data_rom -調(diào)用波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器LPM_ROM文件:data_rom.vhd聲明PORT(address : IN STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0) ; -6位地址信號(hào) inclock : IN STD_LOGIC ; -地址鎖存時(shí)鐘 q : OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);END COMPONENT; SIGNAL Q1 : STD_LOGIC_VECTOR (5

13、 DOWNTO 0); -設(shè)定內(nèi)部節(jié)點(diǎn)作為地址計(jì)數(shù)器 BEGINPROCESS(CLK ) -LPM_ROM地址發(fā)生器進(jìn)程 BEGINIF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN Q1Q1, q = DOUT,inclock=CLK); -例化END;波形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的文件表如下:信號(hào)輸出的D/A使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的DAC0832,注意其轉(zhuǎn)換速率是1s,其引腳功能簡(jiǎn)述如下:ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào),高電平有效,系統(tǒng)板上已直接連在5V上;WR1、WR2:寫信號(hào)1、2,低電平有效;XFER:數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào),低電平有效;VREF:基準(zhǔn)電壓,可正可負(fù),10V10V;RFB:反饋電阻端;IOUT1

14、/IOUT2:電流輸出端。D/A轉(zhuǎn)換量是以電流形式輸出的,所以必須將電流信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào);AGND/DGND:模擬地與數(shù)字地。在高速情況下,此二地的連接線必須盡可能短,且系統(tǒng)的單點(diǎn)接地點(diǎn)須接在此連線的某一點(diǎn)上。建議選擇GW48系統(tǒng)的電路模式No.5,由附錄對(duì)應(yīng)的電路圖可見(jiàn),DAC0832的8位數(shù)據(jù)口D7.0分別與FPGA的PIO31、30.、24相連,如果目標(biāo)器件是EP1C3T144,則對(duì)應(yīng)的引腳是:72、71、70、69、68、67、52、51;時(shí)鐘CLK接系統(tǒng)的clock0,對(duì)應(yīng)的引腳是93,選擇的時(shí)鐘頻率不能太高(轉(zhuǎn)換速率1s,)。還應(yīng)該注意,DAC0832電路須接有+/-12V電壓:G

15、W48系統(tǒng)的+/-12V電源開(kāi)關(guān)在系統(tǒng)左側(cè)上方。然后下載SINGT.sof到FPGA中;波形輸出在系統(tǒng)右下角,將示波器的地與GW48系統(tǒng)的地(GND)相接,信號(hào)端與“AOUT”信號(hào)輸出端相接。如果希望對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波,將GW48系統(tǒng)右下角的撥碼開(kāi)關(guān)的“8”向下?lián)?,則波形濾波輸出,向上撥則未濾波輸出,這可從輸出的波形看出。4、自行設(shè)計(jì)紀(jì)錄方式,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、實(shí)驗(yàn)研究與思考1、采用本方法估計(jì)可以產(chǎn)生的正弦波的頻率能到多少?2、若要產(chǎn)生任意信號(hào)波形和高速波形輸出應(yīng)該注意什么問(wèn)題?附錄1 GW48 EDA/SOPC主系統(tǒng)使用說(shuō)明第一節(jié) GW48教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理與使用介紹一、GW48系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

16、 1、閑置不用GW48系統(tǒng)時(shí),必須關(guān)閉電源! 2、在實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)選中某種模式后,要按一下右側(cè)的復(fù)位鍵,以使系統(tǒng)進(jìn)入該結(jié)構(gòu)模式工作。注意此復(fù)位鍵僅對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控模塊復(fù)位,而對(duì)目標(biāo)器件FPGA沒(méi)有影響,F(xiàn)PGA本身沒(méi)有復(fù)位的概念,上電后即工作,在沒(méi)有配置前,F(xiàn)PGA的I/O口是隨機(jī)的,故可以從數(shù)碼管上看到隨機(jī)閃動(dòng),配置后的I/O口才會(huì)有確定的輸出電平。3、換目標(biāo)芯片時(shí)要特別注意,不要插反或插錯(cuò),也不要帶電插拔,確信插對(duì)后才能開(kāi)電源。其它接口都可帶電插拔。請(qǐng)?zhí)貏e注意,盡可能不要隨意插拔適配板,及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的其他芯片。4、 使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)前,查閱系統(tǒng)的默認(rèn)設(shè)置ppt文件:EDA技術(shù)與VHDL書實(shí)驗(yàn)課件說(shuō)

17、明_必讀 .ppt。二、GW48系統(tǒng)主板結(jié)構(gòu)與使用方法以下將詳述GW48系列SOPC/EDA實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)(GW48-PK2/CK)結(jié)構(gòu)與使用方法,對(duì)于這2種型號(hào)的不同之處將給予單獨(dú)指出。該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)是可控的。即可通過(guò)控制接口鍵,使之改變連接方式以適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)需要。因而,從物理結(jié)構(gòu)上看,實(shí)驗(yàn)板的電路結(jié)構(gòu)是固定的,但其內(nèi)部的信息流在主控器的控制下,電路結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化-重配置。這種“多任務(wù)重配置”設(shè)計(jì)方案的目的有3個(gè):1、適應(yīng)更多的實(shí)驗(yàn)與開(kāi)發(fā)項(xiàng)目;2、適應(yīng)更多的PLD公司的器件;3、適應(yīng)更多的不同封裝的FPGA和CPLD器件。系統(tǒng)板面主要部件及其使用方法說(shuō)明如下。以下是對(duì)GW48系統(tǒng)主板功

18、能塊的注釋。附圖1 GW48 EDA系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)二次開(kāi)發(fā)信號(hào)圖(1) “模式選擇鍵”:按動(dòng)該鍵能使實(shí)驗(yàn)板產(chǎn)生12種不同的實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)如第二節(jié)的13 張實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖所示。例如選擇了“NO.3”圖,須按動(dòng)系統(tǒng)板上此鍵,直至數(shù)碼管“模式指示”數(shù)碼管顯示“3”,于是系統(tǒng)即進(jìn)入了NO.3 圖所示的實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)。(2) 適配板:這是一塊插于主系統(tǒng)板上的目標(biāo)芯片適配座。對(duì)于不同的目標(biāo)芯片可配不同的適配座。可用的目標(biāo)芯片包括目前世界上最大的六家FPGA/CPLD廠商幾乎所有CPLD、FPGA和所有ispPAC等模擬EDA器件。第七節(jié)的表中已列出多種芯片對(duì)系統(tǒng)板引腳的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以利在實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常查用。

19、(3) ByteBlasterMV編程配置口:如果要進(jìn)行獨(dú)立電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等開(kāi)發(fā)實(shí)踐活動(dòng),首先應(yīng)該將系統(tǒng)板上的目標(biāo)芯片適配座拔下(對(duì)于Cyclone器件不用拔),用配置的10芯編程線將“ByteBlasterMV”口和獨(dú)立系統(tǒng)上適配板上的10芯口相接,進(jìn)行在系統(tǒng)編程(如GWDVP-B板),進(jìn)行調(diào)試測(cè)試?!癇yteBlasterMV”口能對(duì)不同公司,不同封裝的CPLD/FPGA進(jìn)行編程下載,也能對(duì)isp單片機(jī)89S51等進(jìn)行編程。編程的目標(biāo)芯片和引腳連線可參考附圖1,從而進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。(4)ByteBlasterII編程配置口:該口主要用于對(duì)Cyclone系列AS模式專

20、用配置器件EPCS4和EPCS1等編程。 (5) 混合工作電壓源:系統(tǒng)不必通過(guò)切換即可為CPLD/FPGA目標(biāo)器件提供5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.5V工作電源,此電源位置可參考附圖1。(6)JP5編程模式選擇跳線:(僅GW48-PK2型含此)。如果要對(duì)Cyclone的配置芯片進(jìn)行編程,應(yīng)該將跳線接于“ByBtII”端,在將標(biāo)有“ByteBlasterII”編程配置口同適配板上EPCS4/1的AS模式下載口用10芯線連接起來(lái),通過(guò)QuartusII進(jìn)行編程。當(dāng)短路“Others”端時(shí),可對(duì)其它所有器件編程,端口信號(hào)參考附圖1。(7)JP6/JVCC/VS2編程電壓選擇跳線:跳線JVC

21、C(GW48PK2型標(biāo)為“JP6”)是對(duì)編程下載口的選擇跳線。對(duì)5V器件,如10K10、10K20、7128S、1032、95108、89S51單片機(jī)等,必須選“5.0V”。而對(duì)低于或等于3.3V的低壓器件,如1K30、1K100、10K30E、20K300、Cyclone、7128B等一律選擇“3.3V”一端。(8)并行下載口:此接口通過(guò)下載線與微機(jī)的打印機(jī)口相連。來(lái)自PC機(jī)的下載控制信號(hào)和CPLD/FPGA的目標(biāo)碼將通過(guò)此口,完成對(duì)目標(biāo)芯片的編程下載。計(jì)算機(jī)的并行口通信模式最好設(shè)置成“EPP”模式。(9)鍵1鍵8 :為實(shí)驗(yàn)信號(hào)控制鍵,此8個(gè)鍵受“多任務(wù)重配置”電路控制,它在每一張電路圖中的

22、功能及其與主系統(tǒng)的連接方式隨模式選擇鍵的選定的模式而變,使用中需參照第二節(jié)中的電路圖。(10)鍵9鍵14 :(GW48PK2型含此鍵)此6個(gè)鍵不受“多任務(wù)重配置”電路控制,由于鍵信號(hào)速度慢,所以其鍵信號(hào)輸入口是全開(kāi)放的,各端口定義在插座“JP8”處,可通過(guò)手動(dòng)節(jié)插線的方式來(lái)實(shí)用,鍵輸出默認(rèn)高電平。注意:鍵1至鍵8是由“多任務(wù)重配置”電路結(jié)構(gòu)控制的,所以鍵的輸出信號(hào)沒(méi)有抖動(dòng)問(wèn)題,不需要在目標(biāo)芯片的電路設(shè)計(jì)中加入消抖動(dòng)電路,這樣,能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),迅速入門。但設(shè)計(jì)者如果希望完成鍵的消抖動(dòng)電路設(shè)計(jì)練習(xí),必須使用鍵9至鍵14來(lái)實(shí)現(xiàn)。(11)數(shù)碼管18/發(fā)光管D1D16 :受“多任務(wù)重配置”電路控制,它們的連

23、線形式也需參照第二節(jié)的電路圖。(12)“時(shí)鐘頻率選擇” :位于主系統(tǒng)的右小側(cè),通過(guò)短路帽的不同接插方式,使目標(biāo)芯片獲得不同的時(shí)鐘頻率信號(hào)。對(duì)于“CLOCK0”,同時(shí)只能插一個(gè)短路帽,以便選擇輸向“CLOCK0”的一種頻率:信號(hào)頻率范圍:0.5Hz50MHz。由于CLOCK0可選的頻率比較多,所以比較適合于目標(biāo)芯片對(duì)信號(hào)頻率或周期測(cè)量等設(shè)計(jì)項(xiàng)目的信號(hào)輸入端。右側(cè)座分三個(gè)頻率源組,它們分別對(duì)應(yīng)三組時(shí)鐘輸入端:CLOCK2、CLOCK5、CLOCK9。例如,將三個(gè)短路帽分別插于對(duì)應(yīng)座的2Hz、1024Hz和12MHz,則CLOCK2、CLOCK5、CLOCK9分別獲得上述三個(gè)信號(hào)頻率。需要特別注意的

24、是,每一組頻率源及其對(duì)應(yīng)時(shí)鐘輸入端,分別只能插一個(gè)短路帽。也就是說(shuō)最多只能提供4個(gè)時(shí)鐘頻率輸入FPGA:CLOCK0、CLOCK2、CLOCK5、CLOCK9。(13)揚(yáng)聲器:與目標(biāo)芯片的“SPEAKER”端相接,通過(guò)此口可以進(jìn)行奏樂(lè)或了解信號(hào)的頻率,它與目標(biāo)器件的具體引腳號(hào),應(yīng)該查閱附錄第3節(jié)的表格。(14) PS/2接口:通過(guò)此接口,可以將PC機(jī)的鍵盤和/或鼠標(biāo)與GW48系統(tǒng)的目標(biāo)芯片相連,從而完成PS/2通信與控制方面的接口實(shí)驗(yàn),GW48-GK/PK2含另一PS/2接口,引腳連接情況參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu) NO.5(附圖7)。(15)VGA視頻接口:通過(guò)它可完成目標(biāo)芯片對(duì)VGA顯示器的控制。詳

25、細(xì)連接方式參考附圖 7(對(duì)GW48-PK2主系統(tǒng)),或附圖13(GW48-CK主系統(tǒng))。(16) 單片機(jī)接口器件:它與目標(biāo)板的連接方式也已標(biāo)于主系統(tǒng)板上:連接方式可參見(jiàn)附圖11。注1:對(duì)于GW48-PK2系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)板右側(cè)有一開(kāi)關(guān),若向“TO_ FPGA”撥,將RS232通信口直接與FPGA相接;若向“TO_MCU”撥,則與89S51單片機(jī)的P30和P31端口相接。于是通過(guò)此開(kāi)關(guān)可以進(jìn)行不同的通信實(shí)驗(yàn),詳細(xì)連接方式可參見(jiàn)附圖11。平時(shí)此開(kāi)關(guān)應(yīng)該向“TO_MCU”撥,這樣可不影響FPGA的工作!注2:GW48-EK系統(tǒng)上的用戶單片機(jī)89C51的各引腳是獨(dú)立的(時(shí)鐘已接12MHz),沒(méi)有和其他任何電

26、路相連,實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用連接線連接,例如,若希望89C51通過(guò)實(shí)驗(yàn)板右側(cè)的RS232口與PC機(jī)進(jìn)行串行通信,必須將此單片機(jī)旁的40針座(此座上每一腳恰好與89C51的對(duì)應(yīng)腳相接)上的P30、P31分別與右側(cè)的TX30、RX30相接。(17) RS-232串行通訊接口:此接口電路是為FPGA與PC通訊和SOPC調(diào)試準(zhǔn)備的?;蚴筆C機(jī)、單片機(jī)、FPGA/CPLD三者實(shí)現(xiàn)雙向通信。對(duì)于GW48-EK系統(tǒng),其通信端口是與中間的雙排插座上的TX30、RX31相連的。詳細(xì)連接方式參考附圖11(對(duì)GW48-GK/PK2主系統(tǒng)),或附圖13(對(duì)GW48-CK主系統(tǒng))。(18)“AOUT” D/A轉(zhuǎn)換 :利用此電

27、路模塊(實(shí)驗(yàn)板左下側(cè)),可以完成FPGA/CPLD目標(biāo)芯片與D/A轉(zhuǎn)換器的接口實(shí)驗(yàn)或相應(yīng)的開(kāi)發(fā)。它們之間的連接方式可參閱附圖7(實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu) NO.5):D/A的模擬信號(hào)的輸出接口是“AOUT”,示波器可掛接左下角的兩個(gè)連接端。當(dāng)使能撥碼開(kāi)關(guān)8:“濾波1”時(shí),D/A的模擬輸出將獲得不同程度的濾波效果 。注意:進(jìn)行D/A接口實(shí)驗(yàn)時(shí),需打開(kāi)系統(tǒng)上側(cè)的+/-12V電源開(kāi)關(guān)(實(shí)驗(yàn)結(jié)束后關(guān)上此電源?。?。(19)“AIN0”/“AIN1”:外界模擬信號(hào)可以分別通過(guò)系統(tǒng)板左下側(cè)的兩個(gè)輸入端“AIN0”和“AIN1”進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的輸入通道IN0和IN1,ADC0809與目標(biāo)芯片直接相連。通過(guò)

28、適當(dāng)設(shè)計(jì),目標(biāo)芯片可以完成對(duì)ADC0809的工作方式確定、輸入端口選擇、數(shù)據(jù)采集與處理等所有控制工作,并可通過(guò)系統(tǒng)板提供的譯碼顯示電路,將測(cè)得的結(jié)果顯示出來(lái)。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)首先需參閱第二節(jié)的“實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)NO.5”有關(guān)0809與目標(biāo)芯片的接口方式,同時(shí)了解系統(tǒng)板上的接插方法以及有關(guān)0809工作時(shí)序和引腳信號(hào)功能方面的資料。注意:不用0809時(shí),需將左下角的撥碼開(kāi)關(guān)的“A/D使能”和“轉(zhuǎn)換結(jié)束”打?yàn)榻梗合蛏蠐?,以避免與其他電路沖突。 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)接插方法(如,附圖7,實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu) NO.5圖所示):a、 左下角撥碼開(kāi)關(guān)的“A/D使能”和“轉(zhuǎn)換結(jié)束”撥為使能:向下?lián)?,即將ENABLE

29、(9)與PIO35相接;若向上撥則禁止,即則使ENABLE(9)0,表示禁止0809工作,使它的所有輸出端為高阻態(tài)。b、 左下角撥碼開(kāi)關(guān)的“轉(zhuǎn)換結(jié)束”使能,則使EOC(7)PIO36,由此可使FPGA對(duì)ADC0809的轉(zhuǎn)換狀態(tài)進(jìn)行測(cè)控。(20) VR1/“AIN1”:VR1電位器,通過(guò)它可以產(chǎn)生0V+5V 幅度可調(diào)的電壓。其輸入口是0809的IN1(與外接口AIN1相連,但當(dāng)AIN1插入外輸入插頭時(shí),VR1將與IN1自動(dòng)斷開(kāi))。若利用VR1產(chǎn)生被測(cè)電壓,則需使0809的第25腳置高電平,即選擇IN1通道,參考“實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)NO.5”。(21) AIN0的特殊用法 :系統(tǒng)板上設(shè)置了一個(gè)比較器電路

30、,主要以LM311組成。若與D/A電路相結(jié)合,可以將目標(biāo)器件設(shè)計(jì)成逐次比較型A/D變換器的控制器件參考“實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)NO.5”。(22) 系統(tǒng)復(fù)位鍵:此鍵是系統(tǒng)板上負(fù)責(zé)監(jiān)控的微處理器的復(fù)位控制鍵,同時(shí)也與接口單片機(jī)和LCD控制單片機(jī)的復(fù)位端相連。因此兼作單片機(jī)的復(fù)位鍵。(23)下載控制開(kāi)關(guān) :(僅GW48GK/PK型含此開(kāi)關(guān))在系統(tǒng)板的左側(cè)的開(kāi)關(guān)。當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)板上的目標(biāo)芯片下載時(shí)必須將開(kāi)關(guān)向上打(即“DLOAD”);而當(dāng)向下打(LOCK)時(shí),將關(guān)閉下載口,這時(shí)可以將下載并行線拔下而作它用(這時(shí)已經(jīng)下載進(jìn)FPGA的文件不會(huì)由于下載口線的電平變動(dòng)而丟失);例如拔下的25芯下載線可以與其他適配板上的

31、并行接口相接,以完成類似邏輯分析儀方面的并行通信實(shí)驗(yàn)。(24) 跳線座SPS :短接“T_F”可以使用“在系統(tǒng)頻率計(jì)”。頻率輸入端在主板右側(cè)標(biāo)有“頻率計(jì)”處。模式選擇為“A”。短接“PIO48”時(shí),信號(hào)PIO48可用,如實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖NO.1中的PIO48。平時(shí)應(yīng)該短路“PIO48”。(25)目標(biāo)芯片萬(wàn)能適配座CON1/2 :在目標(biāo)板的下方有兩條80個(gè)插針插座(GW48-CK系統(tǒng)),其連接信號(hào)如附圖1所示,此圖為用戶對(duì)此實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)作二次開(kāi)發(fā)提供了條件。對(duì)于GW48-GK/PK2/EK系統(tǒng),此適配座在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了20個(gè)插針,功能大為增強(qiáng)。增加的20插針信號(hào)與目標(biāo)芯片的連接方式可參考“實(shí)驗(yàn)

32、電路結(jié)構(gòu)NO.5”、附圖11和第3節(jié)表格。GW48-EK系統(tǒng)中此20的個(gè)插針信號(hào)全開(kāi)放。(26)左下?lián)艽a開(kāi)關(guān) :(僅GK/PK2/EK型含此開(kāi)關(guān))撥碼開(kāi)關(guān)的詳細(xì)用法可參考實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu) NO.5圖(附圖7)。(27)上撥碼開(kāi)關(guān) :(僅GK/PK2型含此開(kāi)關(guān))是用來(lái)控制數(shù)碼管作掃描顯示用的。當(dāng)要將8個(gè)數(shù)碼管從原來(lái)的重配置可控狀態(tài)下向掃描顯示方式轉(zhuǎn)換時(shí),可以將此撥碼開(kāi)關(guān)全部向下?lián)?,然后將左下?cè)的撥碼開(kāi)關(guān)的“DS8使能”向上撥。這時(shí),由這8個(gè)數(shù)碼管構(gòu)成的掃描顯示電路可附圖12。(28)ispPAC下載板 :對(duì)于GW48-GK系統(tǒng),其右上角有一塊ispPAC模擬EDA器件下載板,可用于模擬EDA實(shí)驗(yàn)中對(duì)

33、ispPAC10/20/80等器件編程下載用,詳細(xì)方法請(qǐng)看光盤中:“模擬EDA實(shí)驗(yàn)演示”的POWER POINT。(29)8X8數(shù)碼點(diǎn)陣 :(僅GW48-GK型含此)在右上角的模擬EDA器件下載板上還附有一塊數(shù)碼點(diǎn)陣顯示塊,是通用共陽(yáng)方式,需要16根接插線和兩根電源線連接。詳細(xì)方法請(qǐng)看“實(shí)驗(yàn)演示”的POWER POINT。(30)+/-12V電源開(kāi)關(guān):在實(shí)驗(yàn)板左上角。有指示燈。電源提供對(duì)象:1)與082、311及DAC0832等相關(guān)的實(shí)驗(yàn);2)模擬信號(hào)發(fā)生源;3)GW48-DSP/DSP+適配板上的D/A及參考電源;此電源輸出口可參見(jiàn)附圖1。平時(shí),此電源必須關(guān)閉?。?1)智能邏輯筆:(僅GK/

34、PK2型含此)邏輯信號(hào)由實(shí)驗(yàn)板左側(cè)的“LOGIC PEN INPUT”輸入。測(cè)試結(jié)果:a、“高電平”:判定為大于3V的電壓;亮第1個(gè)發(fā)光管; b、“低電平”:判定為小于1V的電壓;亮第2個(gè)發(fā)光管。c、“高阻態(tài)”:判定為輸入阻抗大于100K歐姆的輸出信號(hào);亮第3個(gè)發(fā)光管。注意,此功能具有智能化;d、“中電平”:判定為小于3V,大于1V的電壓;亮第4個(gè)發(fā)光管。e、“脈沖信號(hào)”:判定為存在脈沖信號(hào)時(shí);亮所有的發(fā)光管。 (注意,使用邏輯筆時(shí),clock0/clock9上不要接50MHz,以免干擾)。(30)模擬信號(hào)發(fā)生源:(GK/PK2型含此)信號(hào)源主要用于DSP/SOPC實(shí)驗(yàn)及A/D高速采樣用信號(hào)源

35、。使用方法如下:a、打開(kāi)+/-12V電源;b、用一插線將右下角的某一頻率信號(hào)(如65536Hz)連向單片機(jī)上方插座“JP18”的INPUT端;c、這時(shí)在“JP17”的OUTPUT端及信號(hào)掛鉤“WAVE OUT”端同時(shí)輸出模擬信號(hào),可用示波器顯示輸出模擬信號(hào)(這時(shí)輸出的頻率也是65536Hz);e、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)右側(cè)的電位器上方的3針座控制輸出是否加入濾波:向左端短路加濾波電容;向右短路斷開(kāi)濾波電容;f、此電位器是調(diào)諧輸出幅度的,應(yīng)該將輸出幅度控制在0-5V內(nèi)。(32)JP13選擇VGA輸出:(僅GW48-GK/PK2含此)。將“ENBL”短路,使VGA輸出顯示使能;將“HIBT”短路,使VGA輸出顯

36、示禁止,這時(shí)可以將來(lái)自外部的VGA顯示信號(hào)通過(guò)JP12座由VGA口輸出。此功能留給SOPC開(kāi)發(fā)。(33)FPGA與LCD連接方式:(僅PK2型含此)。由附圖11的實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖COM可知,默認(rèn)情況下,F(xiàn)PGA是通過(guò)89C51單片機(jī)控制LCD液晶顯示的,但若FPGA中有Nios嵌入式系統(tǒng),則能使FPGA直接控制LCD顯示。方法是拔去此單片機(jī)(在右下側(cè)),用連線將座JP22/JP21(LCD顯示器引腳信號(hào))各信號(hào)分別與座JP19/JP20(FPGA引腳信號(hào))相連接即可。針對(duì)目標(biāo)器件的型號(hào),查表鎖定引腳后,參考.gwdvpbH128X64液晶顯示使用說(shuō)明.doc 即可。 (34)JP23使用說(shuō)明:(

37、僅GW48-GK/PK2型含此)。單排座JP23有3個(gè)信號(hào)端,分別來(lái)自此單片機(jī)的I/O口。(35)使用舉例: 若模式鍵選中了“實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖NO.1”,這時(shí)的GW48系統(tǒng)板所具有的接口方式變?yōu)椋篎PGA/CPLD端口PI/O3128(即PI/O31、PI/O30、PI/O29、PI/O28)、PI/O2724、PI/O2320和PI/O1916 ,共4組4位二進(jìn)制I/O端口分別通過(guò)一個(gè)全譯碼型7段譯碼器輸向系統(tǒng)板的7段數(shù)碼管。這樣,如果有數(shù)據(jù)從上述任一組四位輸出,就能在數(shù)碼管上顯示出相應(yīng)的數(shù)值,其數(shù)值對(duì)應(yīng)范圍為: FPGA/CPLD輸出000000010010 1100110111101111

38、 數(shù) 碼 管 顯 示 0 1 2 C D E F端口I/O3239分別與8個(gè)發(fā)光二極管D8D1相連,可作輸出顯示,高電平亮。還可分別通過(guò)鍵8和鍵7,發(fā)出高低電平輸出信號(hào)進(jìn)入端口I/049和48 ;鍵控輸出的高低電平由鍵前方的發(fā)光二極管D16和D15顯示,高電平輸出為亮。此外,可通過(guò)按動(dòng)鍵4至鍵1,分別向FPGA/CPLD的PIO0PIO15輸入4位16進(jìn)制碼。每按一次鍵將遞增1,其序列為1,2,9,A,F(xiàn)。注意,對(duì)于不同的目標(biāo)芯片,其引腳的I/O標(biāo)號(hào)數(shù)一般是同GW48系統(tǒng)接口電路的“PIO”標(biāo)號(hào)是一致的(這就是引腳標(biāo)準(zhǔn)化),但具體引腳號(hào)是不同的,而在邏輯設(shè)計(jì)中引腳的鎖定數(shù)必須是該芯片的具體的引

39、腳號(hào)。具體對(duì)應(yīng)情況需要參考第3節(jié)的引腳對(duì)照表。 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖1實(shí)驗(yàn)電路信號(hào)資源符號(hào)圖說(shuō)明結(jié)合附圖2,以下對(duì)實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖中出現(xiàn)的信號(hào)資源符號(hào)功能作出一些說(shuō)明: (1)附圖2-1a是16進(jìn)制7段全譯碼器,它有7位輸出,分別接7段數(shù)碼管的7個(gè)顯示輸入端:a、b、c、d、e、f和g;它的輸入端為D、C、B、A,D為最高位,A為最低位。例如,若所標(biāo)輸入的口線為PIO1916,表示PIO19接D、18接C、17接B、16接A。附圖2 實(shí)驗(yàn)電路信號(hào)資源符號(hào)圖 (2)附圖2-1b是高低電平發(fā)生器,每按鍵一次,輸出電平由高到低、或由低到高變化一次,且輸出為高電平時(shí),所按鍵對(duì)應(yīng)的發(fā)光管變亮,反之不亮。

40、 (3)附圖2A-1c是16進(jìn)制碼(8421碼)發(fā)生器,由對(duì)應(yīng)的鍵控制輸出4位2進(jìn)制構(gòu)成的1位16進(jìn)制碼,數(shù)的范圍是00001111,即H0至HF。每按鍵一次,輸出遞增1,輸出進(jìn)入目標(biāo)芯片的4位2進(jìn)制數(shù)將顯示在該鍵對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上。 (4)直接與7段數(shù)碼管相連的連接方式的設(shè)置是為了便于對(duì)7段顯示譯碼器的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)。以圖NO.2為例,如圖所標(biāo)“PIO46-PIO40接g、f、e、d、c、b、a”表示PIO46、PIO45.PIO40分別與數(shù)碼管的7段輸入g、f、e、d、c、b、a相接。 (5)附圖2-1d是單次脈沖發(fā)生器。每按一次鍵,輸出一個(gè)脈沖,與此鍵對(duì)應(yīng)的發(fā)光管也會(huì)閃亮一次,時(shí)間20ms。 (6

41、)附圖2-1e是琴鍵式信號(hào)發(fā)生器,當(dāng)按下鍵時(shí),輸出為高電平,對(duì)應(yīng)的發(fā)光管發(fā)亮;當(dāng)松開(kāi)鍵時(shí),輸出為高電平,此鍵的功能可用于手動(dòng)控制脈沖的寬度。具有琴鍵式信號(hào)發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖是NO.3。2 各實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)與適用范圍簡(jiǎn)述 (1)結(jié)構(gòu)圖NO.0:目標(biāo)芯片的PIO19至PIO44共8組4位2進(jìn)制碼輸出,經(jīng)外部的7段譯碼器可顯示于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的8個(gè)數(shù)碼管。鍵1和鍵2可分別輸出2個(gè)四位2進(jìn)制碼。一方面這四位碼輸入目標(biāo)芯片的PIO11PIO8和PIO15PIO12,另一方面,可以觀察發(fā)光管D1至D8來(lái)了解輸入的數(shù)值。例如,當(dāng)鍵1控制輸入PIO11PIO8的數(shù)為HA時(shí),則發(fā)光管D4和D2亮,D3和D1滅。

42、電路的鍵8至鍵3分別控制一個(gè)高低電平信號(hào)發(fā)生器向目標(biāo)芯片的PIO7至PIO2輸入高電平或低電平,揚(yáng)聲器接在“SPEAKER”上,具體接在哪一引腳要看目標(biāo)芯片的類型,這需要查第3節(jié)的引腳對(duì)照表。如目標(biāo)芯片為FLEX10K10,則揚(yáng)聲器接在“3”引腳上。目標(biāo)芯片的時(shí)時(shí)鐘輸入未在圖上標(biāo)出,也需查閱第3節(jié)的引腳對(duì)照表。例如,目標(biāo)芯片為XC95108,則輸入此芯片的時(shí)鐘信號(hào)有CLOCK0至CLOCK9,共4個(gè)可選的輸入端,對(duì)應(yīng)的引腳為65至80。具體的輸入頻率,可參考主板頻率選擇模塊。此電路可用于設(shè)計(jì)頻率計(jì),周期計(jì),計(jì)數(shù)器等等。 (2)結(jié)構(gòu)圖NO.1:適用于作加法器、減法器、比較器或乘法器等。例如,加法

43、器設(shè)計(jì),可利用鍵4和鍵3輸入8 位加數(shù);鍵2和鍵1輸入8位被加數(shù),輸入的加數(shù)和被加數(shù)將顯示于鍵對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管4-1,相加的和顯示于數(shù)碼管6和5;可令鍵8控制此加法器的最低位進(jìn)位。 (3)結(jié)構(gòu)圖NO.2:可用于作VGA視頻接口邏輯設(shè)計(jì),或使用數(shù)碼管8至數(shù)碼管5共4個(gè)數(shù)碼管作7段顯示譯碼方面的實(shí)驗(yàn);而數(shù)碼管4至數(shù)碼管1,4個(gè)數(shù)碼管可作譯碼后顯示,鍵1和鍵2可輸入高低電平。 (4)結(jié)構(gòu)圖NO.3:特點(diǎn)是有8個(gè)琴鍵式鍵控發(fā)生器,可用于設(shè)計(jì)八音琴等電路系統(tǒng)。也可以產(chǎn)生時(shí)間長(zhǎng)度可控的單次脈沖。該電路結(jié)構(gòu)同結(jié)構(gòu)圖NO.0一樣,有8個(gè)譯碼輸出顯示的數(shù)碼管,以顯示目標(biāo)芯片的32位輸出信號(hào),且8個(gè)發(fā)光管也能顯示目標(biāo)

44、器件的8位輸出信號(hào)。 (5)結(jié)構(gòu)圖NO.4:適合于設(shè)計(jì)移位寄存器、環(huán)形計(jì)數(shù)器等。電路特點(diǎn)是,當(dāng)在所設(shè)計(jì)的邏輯中有串行2進(jìn)制數(shù)從PIO10輸出時(shí),若利用鍵7作為串行輸出時(shí)鐘信號(hào),則PIO10的串行輸出數(shù)碼可以在發(fā)光管D8至D1上逐位顯示出來(lái),這能很直觀地看到串出的數(shù)值。(6)結(jié)構(gòu)圖NO.5:此電路結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的功能,主要用于目標(biāo)器件與外界電路的接口設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。主要含以9大模塊: 1普通內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)模塊。在圖的左下角。此模塊與以上幾個(gè)電路使用方法相同,例如同結(jié)構(gòu)圖NO.3的唯一區(qū)別是8個(gè)鍵控信號(hào)不再是琴鍵式電平輸出,而是高低電平方式向目標(biāo)芯片輸入。此電路結(jié)構(gòu)可完成許多常規(guī)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 2RAM/ROM

45、接口。在圖左上角,此接口對(duì)應(yīng)于主板上,有1個(gè)32腳的DIP座,在上面可以插RAM,也可插ROM(僅GW48-GK/PK系統(tǒng)包含此接口)例如:RAM:628128;ROM:27C020、27C040、29C040等。此32腳座的各引腳與目標(biāo)器件的連接方式示于圖上,是用標(biāo)準(zhǔn)引腳名標(biāo)注的,如PIO48(第1腳)、PIO10(第2腳)、OE控制為PIO62等等。注意,RAM/ROM的使能CS1由主系統(tǒng)左邊的撥碼開(kāi)關(guān)“1”控制。對(duì)于不同的RAM或ROM,其各引腳的功能定義不盡一致,即,不一定兼容,因此在使用前應(yīng)該查閱相關(guān)的資料,但在結(jié)構(gòu)圖的上方也列出了部分引腳情況,以資參考。3VGA視頻接口。 4兩個(gè)PS/2鍵盤接口。注意,對(duì)于GW48-CK系統(tǒng),只有1個(gè),連接方式是下方的PS/2口。5A/D轉(zhuǎn)換接口。 6D/A轉(zhuǎn)換接口。 7L

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