2.1FPGA教学实验系统系统资源
FPGA教学实验系统是基于Altera CycloneIV器件而开发的一款数字逻辑（FPGA）创新开发平台，它可以为开发人员提供以下资源：
基于Altera CycloneIVEP4CE6E22C8N FPGA的核心板8位用户自定义按键开关8位用户自定义拨动开关8位用户自定义LED灯显示4X4矩阵键盘输入8位七段数码管显示16X16矩阵点阵显示1602LCD字符液晶显示12864LCD点阵图形显示液晶屏四向交通灯控制�？�三层电梯模拟模块直流电机及转速测速控制�？�步进电机控制�？�8位并行高速ADC转换�？�2路8位高速并行DAC转换�？�喇叭/蜂鸣器接口�？�VGA控制接口模块2路串行接口�？�PS2鼠标/键盘控制模块电源管理�？�2.2FPGA教学实验系统系统功能
FPGA教学实验系统是在经过长期用户需求考察后，结合目前市面上以及实际应用需要，同时兼顾入门学生以及资深开发工程师的应用需求而研发的。就资源而言，它已经涵盖了基础模块、控制类模块、通信类、单片机控制等方面的内容。
图2-1FPGA教学实验系统功能框图
本节将重点介绍开发系统所有的组成�？楹透髂？樗诘缏钒宓奈恢靡约案髂？樵谙低持兴鸬淖饔�。
图2-2FPGA教学实验系统模块组成框图
| �？槲恢� | 名称 | 功能描述 |
| 2 | Cyclone IVFPGA | 主芯片EP4CE6E22C8N核心板 |
| 输出显示�？� | ||
| 15 | 八位七段数码管 | 采用四位一体的共阴高红七段数码管两个组成八位七段数码管显示�？椋糜谑笛橹惺说南允�。 |
| 7 | 八位LED灯 | 红色LED灯，用于二进制数据的显示 |
| 17 | 16X16矩形点阵 | 16X16点阵。输出简单的图形，通过连续控制可显示直观的动态效果。 |
| 1 | 12864图形点阵LCD | 提供128*64图形化点阵式液晶显示 |
| 16 | 1602字符型LCD | 用于字符显示使用 |
| 用户输入模块 | ||
| 8 | 拨动开关 | 能保持高低电平，通过手动控制为系统提供稳定的逻辑信号。 |
| 9 | 按键开关 | 不带自锁功能的按键，通过手动控制为系统提供脉冲信号。 |
| 13 | 4X4矩阵键盘 | 4×4键盘主要是通过编程实现0～F的输入，也可以作为一个控制键。 |
| 接口资源 | ||
| 16 | VGA接口 | 通过编程实现VGA显示输出 |
| 18 | PS/2接口 | 接鼠标、键盘，用于二者的控制 |
| 串行接口 | 提供2路连接PC机的串行口，用于PC机与实验系统的数据传输 | |
| 3 | 信号源接口 | 对晶振进行多级分频，能同时提供四组不同频率的方波信号供使用者选用。同时提供幅度、频度可调的模拟信号源供其它�？槭褂�。 |
| 功能�？榈ピ� | ||
| 5 | 直流电机 | 提供一路速度可控、可测的直流电机�？� |
| 步进电机 | 提供一路四相位步进最小7.5度步进电机 | |
| 喇叭/蜂鸣器 | 通过对其输入不同频率的信号发声 | |
| 4 | ADC转换 | 提供一个8通道8位并行ADC转换�？� |
| 10 | DAC转换 | 8位D/A转换芯片，实现D/A功能，通过程序高速连续控制可实现不同波形输出 |
| 11 | DAC转换 | 8位D/A转换芯片，实现D/A功能，通过程序高速连续控制可实现不同波形输出 |
| 6 | 交通灯 | 12个红黄绿灯交通灯方式排列，可做交通灯或舞台灯光实验 |
| 12 | 三层电梯模拟 | 模拟三层电梯的开关门、请求信号等 |
2.3 FPGA核心板模块说明
本节将重点介绍核心板所有的组成�？楹透髂？樗诘缏钒宓奈恢靡约案髂？樵谙低持兴鸬淖饔�。
HH-FPGA-EP4CE6核心板（正面图）
图2-3核心板模块位置图
| 核心板位号 | 名称 | 功能描述 |
| U2 | CycloneIV | 主芯片EP4CE6E22C8N |
| 调试接口 | ||
| JP8 | JTAG调试接口 | JTAG供用户下载FPGA代码，下载配置芯片代码，实时调试Nios II CPU，以及运行Quartus II提供的嵌入式逻辑分析仪SignalTap II等； |
| J2 | USB调试接口 | 板载USB-BLASTER调试器功能； |
| 存储单元 | ||
| U8 | SDRAM | 8Mbytes SDRAM |
| U1 | EPCS4 | 4 Mbits主动串行配置器件 |
| 输入/输出设备 | ||
| U4 | 晶振 | 高精度50MHz时钟源，用户可以用FPGA内部PLL或分频器来得到其它频率的时钟 |
| S1 | 复位按键 | 该按键在调试Nios II CPU时，可以作为复位信号，当然也可以由用户自定义为其它功能输入 |
| 扩展接口 | ||
| JP1-JP7 | 10芯FPGA I/O输入输出插座 | 提供七个2.54mm标准间距的十芯接口供用户单独使用 |
| 电源 | ||
| J1 | 直流电源输入 | 直流电源适配器插座，适配器要求为+5V/1A |
| U3-U7 | 电源管理 | 负责提供板上所需的5V、3.3V、2.5V、1.2V电压 |
下面对板上的各个�？榧捌溆布幼飨晗杆得�。
2.3.1Cyclone IV EP4CE6E22C8N
HH-FPGA-EP4CE6核心板上采用的FPGA是Altera Cyclone IV EP4CE6E22C8N，这款FPGA的资源特性如下。6，272 LEs（逻辑单元）270K total RAM bits15 Embedded multipliers（18×18硬件乘法器）2PLLs（锁相环）91User I/O pins（用户可用I/O）Fineline PGFP144-pin package（封装）2.3.2JTAG调试接口
HH-FPGA-EP4CE6核心板上预留有JTAG接口供用户下载代码。JTAG接口既可以当做核心板FPGA的调试/编程接口，也可以用于对其配置器件进行编程。核心板上提供JTAG调试接口为如下图2-4所示的10针插座，其每个插针的信号定义见表2-3。
表2-3JTAG插座信号定义
注： ‘/’表示该插针没有任何信号。
2.3.3USB调试下载接口
HH-FPGA-EP4CE6核心板板载USB下载调试器，用户只需要一根USB-B连接线即可实现程序的调试和加载。2.3.4存储单元�？�
FPGA配置芯片EPCS4板上使用的配置芯片为Altera公司生产的串行主动配置芯片EPCS4S08。Altera公司的串行配置器件是业界最低价格的配置器件。性能包括在系统编程（ISP）能力和多次编程能力，这种新型串行配置器件作为Cyclone™FPGA器件在大容量低价格应用领域的完美补充，使得FPGA和配置器件相结合，提供一种尽可能最低价格的完整的可编程片上系统（SOPC）解决方案。EPCS4SI8N器件的型号标识与参数如表2-4所示：
表3-3EPCS4器件参数
本核心板对其配置芯片EPCS4进行编程可以通过以下方法：
用编程电缆通过核心板上的JTAG调试接口，将QuartusII编译生成的对应配置器件的.Jic文件进行配置编程。
SDRAM存储�？�
核心板的SDRAM为一片3.3V同步动态RAM容量为4M×16bits的存储空间。高速度SDRAM和高带宽数据总线，保证了Nios II CPU可以工作在非常高效的状态。
2.3.5输入/输出设备
晶振核心板上提供了高精度、高稳定性50MHz时钟，该时钟直接与FPGA的PIN-23（GCLK0）引脚相连。
如果设计人员需要其它频率时钟源，可以在FPGA内部进行分频或利用FPGA内部PLL倍频等途径来得到。
复位按键
开发板上有一个复位按键，位于核心板的左下角。复位按键上面的LED为复位指示，当复位按键按下时（低电平），LED亮。
复位按键连接到FPGA的PIN_24引脚上，可以供开发人员作为Nios II CPU的复位信号。当然也可以作为普通的按键来使用。