Nexys3學(xué)習(xí)手記3：硬件外設(shè)走馬觀花

拿到一塊新的電路板，通常我們會(huì)很迫不及待先跑個(gè)測(cè)試Demo看看效果，但請(qǐng)相信這是“菜鳥”的特征。咱們已經(jīng)不再年輕了，也沒有必要再“魯莽”的折騰板子了?；貧w理性，那么我建議大家不妨先看看原理圖，再對(duì)照電路板實(shí)物，把整個(gè)電路簡(jiǎn)單的消化一下，并且弄清楚板載跳線、電源插座等的具體用法和注意事項(xiàng)，免得上演“高壓冒煙”的慘劇。???????

Nexys3的原理圖可從Digilent公司的官方網(wǎng)站獲得（下載地址：）。對(duì)于原理圖，通常需要大家有一定的硬件功力才能夠輕松看個(gè)大概。當(dāng)然了，一般開發(fā)板會(huì)配套較詳細(xì)的電路說(shuō)明（本開發(fā)板說(shuō)明可參考），建議大家不妨先看看，然后再來(lái)消化原理圖。???????

Nexys3_rm.pdf（即reference manual）中示意了Nexys3電路板的整體硬件架構(gòu)，如圖1所示。圍繞主芯片Spartan-6的XC6SLX16器件，有著較豐富的板載外設(shè)，如Cellular RAM、并行的PCM非易失存儲(chǔ)器、SPI接口PCM非易失存儲(chǔ)器、10/100以太網(wǎng)物理層接口、8位VGA接口、USB HID主機(jī)、USB-UART橋芯片和一些基本的IO外設(shè)（指示燈、按鍵、開關(guān)等），此外還有FPGA的USB下載配置電路、100MHz工作時(shí)鐘以及其他擴(kuò)展接口插座。

Nexys3的原理圖一共10頁(yè)，我們逐個(gè)解讀。????????

Page1里的J1是一個(gè)高速的VHDCI插座接口，如圖2所示。由原理圖的示意和信號(hào)命名不難推斷出這里從FPGA直接引出的信號(hào)應(yīng)該都是高速串行差分對(duì)。此外，我們需要注意到JP4可以用于短接J1引進(jìn)的電源VUEXP和板載電源VU5V0，換句話說(shuō)，若使用J1引入的5V電源供電，可以短接JP4。

Page1的另一部分電路如圖3所示，這里引出了4組8bit信號(hào)的Pmod插座，每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)都通過(guò)200歐姆的匹配電阻，并且有接地的保護(hù)二極管。對(duì)于一般的擴(kuò)展，這4組數(shù)據(jù)線以及相應(yīng)的電源和地基本是綽綽有余了。

Page2里，基本是一些簡(jiǎn)單的常用接口電路。圖4是4路獨(dú)立的按鍵電路，按鍵未按下時(shí)等效于FPGA的IO腳接20K電阻下拉到地；按鍵按下時(shí)則等效于上拉10K到電壓VCCB0。圖5是8路獨(dú)立的撥碼開關(guān)電路，F(xiàn)PGA的IO腳通過(guò)10K電阻接GND或電壓VCC3V3。圖6是4位段式數(shù)碼管電路，公共端為共陽(yáng)極，通過(guò)IO腳連接三極管控制開關(guān)。圖7是8位色彩的VGA接口電路，IO腳輸出電壓通過(guò)電阻分壓得到最多256種色彩組合。圖8是共地的8位指示燈電路。

Page3里主要是高速USB微控制器芯片CY7C68013A的電路，該芯片在原理圖中分為5個(gè)Part。其中圖9為CY7C68013A與FPGA之間的接口信號(hào)；圖10包括了晶振輸入、各個(gè)控制信號(hào)以及USB端口的信號(hào)；圖11則是電源以及部分去耦電容的電路。???????? 圖12是5PIN的Mini-B型USB接口插座連接電路。圖13是一片與CY7C68013A連接的EEPROM芯片的電路，該存儲(chǔ)器件可作為CY7C68013A片內(nèi)的8051單片機(jī)的ROM。

Page4中有一款16bit的MCU，PIC24有著較豐富的外設(shè)，包括圖14中的USB接口，可以作為當(dāng)下主流的USB鼠標(biāo)、鍵盤的主機(jī)控制。PIC24部分信號(hào)管腳是和FPGA連接的，使用了8MHz的外部晶體。

如圖15所示，J6/J12可以引出PIC24的模擬管腳，可見PIC24集成了AD/DA的外設(shè)功能。圖15也示意了PIC24的電源以及相應(yīng)的去耦電路。

如圖16所示，F(xiàn)PGA還連接了一片RS232-USB橋芯片F(xiàn)T232。該芯片提供一組標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口（J14也把這些接口都額外引出可供擴(kuò)展）與FPGA連接，另一端可以可以作為USB協(xié)議接口通信。

Page5如圖17所示，主要是FPGA的配置電路，包括FPGA的配置部分原理圖part（IC8A）、兩片（實(shí)際PCB上做成了雙勒，也可以單片）存儲(chǔ)PROM芯片（IC6/IC7）、下載配置插座（J7）。還有一個(gè)兩位的跳線插座J8，原理圖中也示意了相應(yīng)的不同跳線方式可以實(shí)現(xiàn)BPI、SPI和Slave Serial等配置方式。

Page6主要是FPGA的IO管腳信號(hào)的定義和FPGA外部輸入的100MHz時(shí)鐘晶振電路，如圖18所示。

Page7是FPGA的電源電路，如圖19所示，基本上每個(gè)VCC管腳都有相應(yīng)的高低搭配的去耦電容。需要注意的是跳線帽JP8可選2.5V或3.3V給VCCO_0供電，這個(gè)bank的IO電源為某些特殊電平的應(yīng)用做了預(yù)留。

Page8中，兩片當(dāng)下炒得很時(shí)髦的Micron的PCM存儲(chǔ)器。如圖19所示，為一片CellularRAM芯片，這類RAM不用于以往的RAM，結(jié)合了RAM和DRAM的優(yōu)點(diǎn)，既可以高速訪問(wèn)又可以方便快速的隨意尋址。如圖20所示，為一片并行的PCM FLASH芯片。?

Page9，如圖22所示，是以太網(wǎng)電路，包括一片以太網(wǎng)的transceiver芯片LAN8710和相應(yīng)的水晶頭插座。

Page10是系統(tǒng)的整個(gè)電源電壓產(chǎn)生電路。使用了兩片Linear的DC/DC芯片，如圖23和圖24所示。整個(gè)系統(tǒng)芯片間的接口基本是3.3V電壓，F(xiàn)PGA的核壓1.2V，PCM FLASH用到了1.8V，2.5V主要是預(yù)留電平。電源的引入也使用了兩種方式，可通過(guò)跳線帽JP1切換，即常用jack插座或者USB供電。

在reference manual中，有如圖25所示的電源供電示意圖。

整個(gè)原理圖消化下來(lái)，可能會(huì)遇到一些未曾謀面過(guò)的芯片，不要緊，把這些芯片整理好，到他們的官網(wǎng)download datasheet大體瀏覽一遍就有底了，到具體應(yīng)用的時(shí)候再仔細(xì)消化一下。Nexys3所涉及的主要芯片如列表1所示。表1 Nexys3主要芯片列表?芯片類型網(wǎng)址CY7C68013A-56USB(MCU)#PBFPOWER#PBFPOWER?

剖析電路板????????

原理圖看多了，免不了審美疲勞啊。下面就輕松一下，特權(quán)同學(xué)就不多廢話，對(duì)照著前面的原理圖，如圖26和圖27所示，把主要芯片以及接插件等元器件逐一點(diǎn)出。