1 供電電路原理

 

供電部分原理圖如圖1-1所示：

 

圖1-1

 

從圖1-1中可知道供電有+5V、+3.3V
、+1.5V三種，其中每個電源均有0.1µF的旁路電容，將電源中的高頻串擾旁路到地，防止高頻信號通過電源串擾到其它模塊中。同時還能將電源本身的工頻幹擾濾除。

 

值得注意的是：在zai布bu線xian的de時shi候hou，經jing退tui藕ou電dian容rong退tui藕ou後hou的de電dian源yuan輸shu出chu點dian應ying該gai盡jin量liang緊jin靠kao芯xin片pian的de電dian源yuan引yin腳jiao進jin行xing供gong電dian
，過guo長chang的de引yin線xian有you可ke能neng重zhong新xin變bian成cheng幹gan擾rao接jie收shou天tian線xian，導dao致zhi退tui藕ou效xiao果guo消xiao失shi。如ru果guo無wu法fa讓rang每mei個ge退tui藕ou後hou的de電dian源yuan輸shu出chu點dian均jun緊jin靠kao芯xin片pian的de電dian源yuan引yin腳jiao，那na麼me可ke以yi采cai用yong分fen別bie退tui藕ou的de方fang法fa，即ji分fen別bie盡jin量liang緊jin靠kao每mei個ge芯xin片pian的de電dian源yuan引yin腳jiao點dian接jie入ru退tui藕ou電dian容rong進jin行xing退tui藕ou，這zhe也ye解jie釋shi了le為wei什shen麼me圖tu1-1的3.3V電源有兩個退藕輸出點。

 

2 電機驅動電路原理

 

電機驅動電路原理如圖2-1所示：

 

圖2-1

 

圖2-1中Header 4X2為4排2列插針，FM0~3為FPGA芯片I/O輸出口，加入的插針給予一個可動的機製，在需要使用時才用跳線帽進行相連，提高I/O口的使用效率。RES5是五端口排阻，內部集成了4個等阻值且一端公共連接的電阻
，PIN 1是公共端，PIN2~5為排阻的輸出端，排阻原理圖如圖2-2所示：

 

圖2-2

 

該排阻公共端接電源，即上拉電阻形式，作用是增強FPGA芯片I/O口（以下簡稱I/O口）的驅動能力，實際上就是增加I/O輸出高電平時輸出電流的大小。當I/O輸出高電平時
，+5V電源經排阻與IN1~4相連，相當於為I/O提供一個額外的電流輸出源，從而提高驅動能力。當I/O輸出低電平時
，可將I/O近似看做接地，而IN1~4因與I/O由導線直接相連，因此直接接受了I/O的低電平輸出信號。此時，+5V電源經排阻R、I/O內部電路（電阻近似為零）後接地，因此該路的電流不能大於I/O的拉電流（Ii）最大值，有公式2-1：

 

 

由公式2-2可以得出排阻的取值範圍。

 

該上拉電阻除了提高驅動能力外，還有一個作用，就是進行電平轉換。經查，ULN2003的接口邏輯為：5V-TTL, 5V-CMOS邏輯。而在3.3V供電的情況下，I/O口可以提供3.3V-LVTTL，3.3V-LVCMOS，3.3V-PCI和SSTL-3接口邏輯電平。因此，需要外接5V的上拉電阻將I/O電平規格變成5V電平邏輯。

 

芯片ULN2003內部集成7組達林頓管

，專門用於提高驅動電流，芯片引腳間邏輯如圖2-3所示：

 

圖2-3

 

圖2-4

 

由於I/O電流遠遠不足以驅動電機，因此需要外接該芯片驅動電機，ULN2003內部集成的達林頓管電路如圖2-4所示。達林頓管的形式具有將弱點信號轉化成強電信號的特點
，I/O電平邏輯從PIN IN輸入，通過達林頓管控製PIN 9(COMMON)端輸入的強電信號按照I/O信號規律變化。值得注意的是：ULN2003輸出邏輯將與輸入邏輯相反，編程時應該注意該特點。

 

RES6是六端口排阻，內部集成了5個等阻值且一端公共連接的電阻，PIN 1是公共端，PIN2~6為排阻的輸出端
，原理圖與接法說明可參考上述圖2-2
，排阻取值範圍計算參見公式2-2，此處不再贅述。值得注意的是：RES6的PIN 1與PIN 2相連，是因為多出了一個不使用的電阻，為了避免PIN 2懸空，因此將PIN 2與PIN 1（公共端）相連
，即PIN 2對應的電阻被短路，從而既避免的懸空的引腳，又能使該電阻失效。

 

3 電機指示燈電路原理

 

電機指示燈電路如圖3-1所示：

 

圖3-1

 

電機部分指示燈用於指示各路信號的邏輯電平狀態，其中R106~109為限流電阻
，防止發光二極管因電流過大燒毀。值得注意的是：該指示燈的發光二極管接成共陽極，由M0~3信號端口產生低電平點亮對應的二極管，而ULN2003的OUT與IN邏輯電平相反，因此對於I/O口FM0~3來說
，輸出高電平就能點亮對應的發光二極管，例如：FM0輸出高電平，則對應LD17點亮

，編程時應注意此電路將I/O實際邏輯反相了兩次，對應關係為I/O口輸出哪路高電平則對應點亮哪路指示燈。

 

4 時鍾電路原理

 

時鍾電路如圖4-1所示：

 

圖4-1

 

采用50Mhz有源晶振產生時鍾信號
，接法采用有源晶振的典型接法：PIN 1懸空，PIN 2接地，PIN 3輸出時鍾信號
，PIN 4接電源。由於FPGA的I/O供電為3.3V

，而時鍾電路產生的時鍾信號要由I/O口接收，因此時鍾信號最大值不能超過3.3V，故時鍾電路電源采用3.3V供電。

 

5 FPGA部分電路原理

 

FPGA部分電路原理圖如圖5-1所示：

 

圖5-1

 

Header 18X2為18排2列排陣，兩組排陣分別與PIN口
、3.3V電源、數字地相連
，提供了可動的機製，使得PIN口可根據需要用排線與目標相連，達到信號傳輸的目的。而3.3V電源以及數字地針口則可以根據需要
，用排線為目標提供邏輯高電平或邏輯低電平。

 

U21D為FPGA芯片的時鍾信號接收部分
，通過網絡標號“CLK0~3”與對應的時鍾信號端口相連。

 

U21C為FPGA芯片的供電及接地部分
，含有“GND”字樣的是“地”端口，與數字地相連，VCCIO1~4為I/O口供電端口，采用3.3V電源供電，通過網絡標號“+3.3V”與3.3V電源端口相連。VCCA_PLL1、VCCA_PLL2
、VCCINT為內部運算器和輸入緩衝區的供電端口，采用1.5V電源供電，通過網絡標號“+1.5V”與1.5V電源端口相連。

 

U21B為JTAG與AS下載部分，TMS、TCK


、TD1
、TD0分別為JATAG下載方式的模式選擇端、時鍾信號端、數據輸入端、數據輸出端。DATA0為AS下載的數據端口，MSEL0、MSEL1、nCE、nCEO、CONF_ DONE、nCONFIG、nSTATUS端口按照典型接法相連。值得注意的是：無論AS還是JTAG都是通過JTAG標準通訊
，AS下載一般是下載POF到PROM（flash）裏，重新上電仍然可以加載，JTAG下載是通過JTAG口將sof文件直接下載到FPGA內，一般是臨時調試用的
，掉電就丟失了。

 

U22是電可擦除ROM，用於存放AS下載後的數據，使得FPGA的程序段掉電也能得以保存
，DATA端是數據讀取端，用於讀取ROM內數據。DCLK為時鍾端口

，用於接收時鍾信號進行同步傳輸。nCS是片選端口，用於接收片選信號表示對該芯片進行通訊。ASDI為AS下載數據輸入端，用於接收AS下載數據。VCC與GND分別為電源端口與地端口，分別接3.3V與數字地。

 

 

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