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SPARTAN-3E说明书第2章

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滑动开关位置和符号Spartan －3E 开发板有4个滑动开关，如图2－1所示。

开关位于板的右下角，编号为SW3到SW0。

SW3在最左边，SW0在最右边。

SW3 SW2 SW1 SW0 (N17) (H18) (L14) (L13)图2－1 四个滑动开关操作当开关置于“上”，为“开”状态，FPGA 的管脚被连接到3.3V ，逻辑为“高”。

当开关置于“下”，为“关”状态，FPGA 的管脚被连接到地，逻辑为“低”。

开关的典型机械振颤时间为2ms ，板上没有去抖动电路，但这类电路可以很容易的由板上的FPGA 编程完成。

UCF 位置约束图2－2 提供了4个滑动开关的UCF 约束，包括了指定的I/O 管脚和使用的I/O 类型标准。

上拉（PULLUP ）电阻不是必须的，但它定义了当开关滑动到中间位置时的输入值。

第二章开关，按钮与旋钮 上 下NET "SW<0>" LOC = "L13" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ; NET "SW<1>" LOC = "L14" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ; NET "SW<2>" LOC = "H18" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ; NET "SW<3>" LOC = "N17" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ;图2－2 滑动开关的UCF 约束按钮开关位置和符号Spartan －3E 开发板有4个按钮开关，如图2－3所示。

开关位于板的左下角，编号为BTN_NORTH ，BTN_EAST ，BTN_SOUTH ，BTN_WEST 。

连接开关的FPGA 管脚见图2－3的括号内，以及图2－5的UCF 文件中。

图2－3 围绕着旋转－按压开关的四个按钮开关操作如图2－4所示，按下按钮将FPGA 管脚连接到3.3V 。

当按钮没被按下时，通过内部下拉电阻产生逻辑“低”。

图2－5显示如何在UCF 文件中指定一个下拉电阻。

按钮没有去抖动电路。

BTN_NORTH(V4)BTN_WEST (D18) BTN_EAST (H13)BTN_SOUTH (K17)ROT_A: (K18)需要内部上拉 ROT_B: (G18)需要内部上拉ROT_CENTER: (V16)需要内部下拉注意：1. 所有BTN 字头的按钮输入都需要一个内部的下拉电阻2. 在一些FPGA 应用中BTN SOUTH 也用做软复位按钮UG230_c2_02_021206图2－4 按钮开关需要FPGA 的输入管脚连接内部下拉电阻在一些应用中，BTN_SOUTH 按钮也用作软复位开关，用于选择性的复位FPGA 内部的一些功能。

UCF 位置约束图2－5 提供了4个滑动开关的UCF 约束，包括了指定的I/O 管脚和使用的I/O 类型标准，并且给每个输入管脚定义了下拉电阻。

NET "BTN_EAST" LOC = "H13" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLDOWN ; NET "BTN_NORTH" LOC = "V4" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLDOWN ; NET "BTN_SOUTH" LOC = "K17" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLDOWN ; NET "BTN_WEST" LOC = "D18"| IOSTANDARD = LVTTL | PULLDOWN ;图2－5 按钮开关的UCF 约束旋转－按压开关位置和符号旋转－按压开关位于四个单独的按钮开关中央，如图2－3所示。

此开关提供3个输出。

ROT_A 和ROT_B 为凸轮编码输出。

ROT_CENTER 为中央按钮开关输出。

操作旋转－按压开关集成了两种不同的功能。

当被扭动时，凸轮开关会旋转并产生输出信号。

凸轮也可以被按压，这时与按钮开关一样。

按压开关按住旋转－按压开关的旋钮使相应的FPGA 管脚连接到3.3V ，如图2－6所示。

FPGA 管脚内部的下拉电阻用于产生逻辑低。

图2－9显示如何在UCF 文件中指定下拉电阻。

按压开关没有去抖动电路。

3.3V按钮FPGA 的IO 管脚BTN_*信号UG230_c2_03_021206旋转－按压钮FPGA的IO管脚3.3VROT_CENTER信号UG230_c2_05_021206图2－6按钮开关需要FPGA的输入管脚连接内部下拉电阻旋转凸轮编码器原理上说，旋转凸轮编码器就是连接到一个中心轴上的凸轮。

扭动中心轴将对两个按压开关进行操作，如图2－7所示。

取决于转动的方向，其中一个开关将先于另一个开关断开。

同样的，当继续旋转时，此开关将先于另一个开关接通。

但是，在凸轮的静止位置，也叫做detent位置，此时两个开关都接通。

上拉电阻在每个断开的输入管脚产生一个逻辑“1”。

指定上拉电阻的细节见UCF文件。

旋转凸轮编码器GND图2－7 旋转凸轮编码器的基本电路图接通一个开关将使FPGA管脚连接到“地”，产生一个逻辑“低”。

开关开路时FPGA内部的上拉电阻将信号提升到逻辑“高”。

图2－9中的UCF文件描述了如何指定上拉电阻。

用FPGA电路解码“A”和“B”输入是非常简单的，但必须考虑输入管脚上的机械开关噪声，即“抖动”。

如图2－8所示，抖动会错误的产生额外的旋转事件，甚至会使旋转方向的判断发生错误。

相关的例子参见“相关资料”中的旋转编码器参考设计一节。

图2－8 旋转凸轮编码器的输出可能包含机械抖动UCF 位置约束图2－9提供了旋转凸轮编码器的UCF 约束，包括了指定的I/O 管脚和使用的I/O 类型标准，并且给每个输入管脚定义了下拉电阻。

（译者注：原文有误）NET “ROT_A” LOC = “K18” | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ; NET “ROT_B”LOC = “G18” | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ; NET “ROT_CENTER”LOC = “V16” | IOSTANDARD = LVTTL | PULLDOWN ;图2－9旋转凸轮编码器的UCF 约束分立的LED 灯位置和符号Spartan －3E 开发板上有8个单独的表面安装（SMT ）LED 灯，位于滑动开关的上方，如图2－10所示。

LED 灯编号为LED7到LED0。

LED7在最左，LED0在最右。

向右旋转当“B ”为低时“A ”的上升沿 识别为向右（顺时针）旋转“A ”断开时的抖动插入了错误的右向“咔嗒”“B ”断开时的抖动插入了错误的左向“咔嗒”。

（“A ”为低时“B ”的上升沿）图2－10 八个分立的LED 灯L E D 7:(F 9)L E D 6:(E 9) L E D 5:(D 11)L E D 4:(C 11)L E D 3:(F 11)L E D 2:(E 11)L E D 1:(E 12) L E D 0:(F 12)UG230_c2_04_021206操作每个LED灯有一边连接到地而另一端通过390Ω限流电阻连接到FPGA的一个管脚上。

要点亮LED，只需将相关的FPGA信号驱动到“高”。

UCF位置约束图2－11提供了LED灯的UCF约束，包括了指定的I/O管脚，使用的I/O类型标准，输出摆率和输出驱动电流。

（译者注：原文有误）NET "LED<7>" LOC = "F9" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;NET "LED<6>" LOC = "E9" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;NET "LED<5>" LOC = "D11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;NET "LED<4>" LOC = "C11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;NET "LED<3>" LOC = "F11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;NET "LED<2>" LOC = "E11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;NET "LED<1>" LOC = "E12" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;NET "LED<0>" LOC = "F12" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 8 ;图2－11 八个LED灯的UCF约束相关资料旋转编码器参考设计Rotary Encoder Interface for Spartan-3E Starter Kit (Reference Design)/s3estarter。

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武伟基于FPGA的指纹识别系统设计

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毕业设计说明书题目:基于FPGA的指纹识别系统设计学院(直属系):机械工程与自动化学院年级、专业:2007级自动化姓名:武伟学号:34指导教师:宋春华完成时间:2011年5月25日目录目录.....................................................................................................................- 0 -摘要.....................................................................................................................- 0 -Abstract ........................................................................................................................- 1 -1前言 ..........................................................................................................................- 2 -设计背景 ......................................................................................................................... - 2 -课题目标和研究内容 .................................................................................................. - 2 -课题目标 ................................................................................................................................ - 2 -研究内容 ................................................................................................................................ - 3 -研究意义 ......................................................................................................................... - 3 -2 系统整体设计........................................................................................................- 4 -硬件框图及各模块介绍： ......................................................................................... - 4 -项目关键技术及创新性： ......................................................................................... - 5 -传感器的选择................................................................................................................................ - 5 -指纹图像的预处置....................................................................................................................... - 5 -2.2.4 指纹图像匹配 .................................................................................................................. - 10 -3 开发工具及器件简介................................................................................................. - 13 -传感器介绍............................................................................................................................ - 13 -开发环境介绍 ....................................................................................................................... - 15 -4 硬件设计................................................... - 16 -指纹收集模块......................................................................................................... - 16 -指纹数据处置模块................................................................................................. - 17 -指纹数据存储模块................................................................................................. - 18 -RS232通信和键盘操作模块................................................................................. - 19 -5 软件设计................................................... - 20 -MBF200初始化 ..................................................................................................... - 20 -指纹数据收集软件实现......................................................................................... - 20 -结论....................................................... - 24 -总结与体会................................................... - 25 -致谢词....................................................... - 26 -【参考文献】................................................. - 27 -摘要本系统采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作为核心控制芯片，通过富士通公司的MBF200指纹传感器实现对指纹图像的收集，利用SPI接口传输到FPGA进行数据的存储，利用内嵌的MicroBlaze处置器对指纹图像进行灰度滤波、二值化、二值去噪、细化等预处置，取得清楚的指纹图像，再从清楚的指纹图像中提取指纹特征点并存入指纹数据库作为建档模版。

EDA技术课程

EDA技术课程

第7页/共90页
第1章 绪 论
2. 20世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE阶段 初级阶段的硬件设计是用大量不同型号的标准芯片实现电 子系统设计的。随着微电子工艺的发展，相继出现了集成上万 只晶体管的微处理器、集成几十万直到上百万储存单元的随机 存储器和只读存储器。此外，支持定制单元电路设计的硅编辑、 掩膜编程的门阵列，如标准单元的半定制设计方法以及可编程 逻辑器件(PAL和GAL)等一系列微结构和微电子学的研究成果都 为电子系统的设计提供了新天地。因此，可以用少数几种通用 的标准芯片实现电子系统的设计。
第4页/共90页
第1章 绪 论
1.2 EDA技术的发展历程
EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展， 经历了计算机辅助设计(Computer Assist Design，简称CAD)、计 算机辅助工程设计(Computer Assist Engineering Design，简称CAE) 和电子设计自动化(Electronic Design Automation，简称EDA)三个 发展阶段。
第5页/共90页
第1章 绪 论 1. 20世纪70年代的计算机辅助设计CAD阶段 早期的电子系统硬件设计采用的是分立元件，随着集成电 路的出现和应用，硬件设计进入到发展的初级阶段。初级阶段 的硬件设计大量选用中小规模标准集成电路，人们将这些器件 焊接在电路板上，做成初级电子系统，对电子系统的调试是在 组装好的PCB(Printed Circuit Board)板上进行的。
什么叫EDA技术？由于它是一门迅速发展的新技术，涉及 面广，内容丰富，因而理解各异，目前尚无统一的看法。作者 认为：EDA技术有狭义的EDA技术和广义的EDA技术之分。狭 义的EDA技术，就是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体， 以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、 大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具， 通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到 硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、 逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、 逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集 成芯片的一门新技术，或称为IES/ASIC自动设计技术。
基于SPI复用配置的FPGA（Xilinx）编程方法

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基于SPI复用配置的FPGA（Xilinx）编程方法1．2 SPI Flash存储器的复用复用SPI Flash是指既用它来保存硬件配置文件、Bootloader引导程序还用来保存用户应用程序。

在加载阶段，FPGA自动从SPI Flash中读取硬件配置bit文件及Bootloader程序进行配置到片内BRAM中运行。

当完成加载后，FPGA内部逻辑启动，通过运行的Bootloader程序读取SPI Flash中的用户应用程序，并写到外部SDRAM的相应位置，最后Bootloader程序切换指令指针到SDRAM 指定位置，在外部的SDRAM中开始执行应用程序。

图3给出了本系统中复用SPI Flash嵌入式系统结构图，用EDK 中的opb_sdram连接外部SDRAM，用opb_spi连接SPI Flash(AT45DB161D)，通过Bootloader软件程序实现从SPI Flash中复制用户应用程序到SDRAM中，然后在SDRAM中运行。

但是，Boot-loader在系统上电时会通过FP-GA芯片的配置引脚首先加载到BRAM中运行，这样就可以实现上电自动加载启动程序。

2 Bootloader引导程序的设计在工程代码编写之前要求对硬件器件有所了解，主要需要了解FPGA所需要的配置文件空间，还有Flash存储结构。

例如：XC3S500E配置文件空间为2 270 208位，所以要根据它计算存储应用程序的基地址。

AT45DB161D是串行接口的闪存芯片，它包含有17 301 504位，被组织为4 096页，每页512／528字节。

除了主存储器，AT45DB161D还包括2个SRAM数据缓冲区，每个缓冲区512／528字节。

在主存储器正在编程时，缓冲区是允许接收数据的，并且支持数据流式写入。

(此处为528字节／页)AT45DB161D的存储器阵列分为3个级别的粒度，分别为扇区、块与页。

图4对各个级别进行了分析，详细说明了每个扇区与块的页数。

Spartan6时钟管理模块的介绍与使用

Spartan6时钟管理模块的介绍与使用

Spartan-6时钟管理模块的介绍与使用同步时序电路设计中最关键的是时钟设计，随着电路规模与速度的提高，对时钟的周期、占空比、延时和抖动等方面的要求也越来越高。

为了顺应这需求，Spartan-6系统器件在原有的ＤＣＭ模块基础引入了模拟ＰＬＬ模块构成了功能强大、控制灵活的时钟管理模块（ＣＭＴ）。

每个ＣＭＴ模块包含两个ＤＣＭ模块和一个ＰＬＬ模块。

Spartan-6系统器件有多至六个CMT模块。

一、器件组成与特性1．ＤＣＭ模块主要有以下功能模块组成：a.DLL模块, 主要由延时线和控制逻辑组成。

b.数字频率合成器，为系统产生丰富的频率合成信号输出到CLKFX和CLKFX180。

可以提供2~32的倍乘与1~32的分频系数。

c.数字移相器, 可提供粗调的0，90，180，270度移相和具有动态调节能力的相位细调。

d.数字频谱合成器，产生扩频时钟减少电磁干扰（EMI）。

Spartan-6 DCM模块提供给用户的设计原语有DCM_SP和DCM_CLKGEN，DCM_SP在Spartan-3E FPGA器件中也有，而DCM_CLKGEN是Spartan-6新增的，可以用产生动态的频率合成信号和扩频时钟。

2．PLL模块，有一400MHz~1000 MHz压控振荡器（VCO），可提供8种移相(0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°)和6个可独立编程倍乘与分频系数的输出信号。

提供给用户的设计原语有PLL_BASE和PLL_ADV，PLL_BASE是单独使用PLL模块最常调用的原语，允许使用PLL的最常用特性，PLL_ADV包括PLL_BASE所有的特性之外，还提供时钟切换及与DCM的连接。

可用于以下工作模式：a. 时钟网络去歪斜b. 频率合成c. 抖动滤波d. 零延时的缓冲f. PLL与PLL、DCM的级联二、使用指南1．注意时钟的输入与输出范围,所有应用不能超过范围.。