Файл: Задача данной выпускной квалификационной работы (далее вкр) состоит в том, что необходимо настроить совместную работу платы ацпцап data Conversion hsmc и плис cyclone iv e, установленной на отладочную плату de2115.docx

В таблице 8 представлены значения для временных интервалов, указанных выше.

Таблица 8 – Значения временных промежутков сигналов для корректной работы с SPI-интерфейсом

Обозначение временного интервала	Минимальное значение временного интервала, нс
	5
	2
	40
	5
	2
	16
	16

Однако, для настройки АЦП в микросхеме AD9254 необходимо указать не только продолжительность временных промежутков, но и значение напряжения. В таблице 9 представлены значения напряжений на входах микросхемы AD9254 для работы с SPI-интерфейсом.

Настройка АЦП с помощью SPI-интерфейса осуществляется путем подачи последовательности логических нулей и единиц на регистры АЦП. Таблица с более подробной информацией о его настройке представлена в приложении Б.

Таблица 9 — Значения напряжений на входах микросхемы AD9254 для работы с SPI-интерфейсом

Наименование, обозначение и режим работы	Значение напряжений, В
	Минимальное	Оптимальное	Максимальное
Вход CSB, уровень логической единицы	1,2	-	3,6
Вход CSB, уровень логического ноля	0,0	-	0,8
Вход SCLK, уровень логической единицы	1,2	-	3,6
Вход SCLK, уровень логического ноля	0,0	-	0,8
Вход SDIO, уровень логической единицы	1,2	-	DRVDD + 0,3
Вход SDIO, уровень логического ноля	0,0	-	0,8

---

3.11 Выходные данные с микросхемы AD9254

Микросхема AD9254 оснащена индикатором выхода за пределы диапазона опорного напряжения. За сообщение о выходе за пределы диапазона опорного напряжения отвечает вывод микросхемы OR (Out-of-Range). Логика этого вывода представлена в таблице 10.

Таблица 10 — Логика вывода OR в зависимости от выхода за пределы диапазона опорного напряжения

Значение на выводе OR	Выход за пределы диапазона опорного напряжения VREF
0	Не выходит за пределы
1	Входной аналоговый сигнал находится выше или ниже значения опорного напряжения

Выходные данные, т. е. преобразованные аналоговые сигналы микросхемой AD9254, можно выводить в одном из трех форматов, перечисленных ниже:

1. 
   в двоичном коде;
   
2. 
   в двоичном коде с дополнением до двух;
   
3. 
   в коде Грея.
   

Формат выходных данных можно настраивать через SPI-интерфейс.

3.12 Разрешение на выдачу данных с АЦП

Микросхема AD9254 имеет вывод OEB (Digital Output Enable Function). Он отвечает за разрешение на вывод уже преобразованного аналогового сигнала через выводы D0 – D13. Если подать на вывод OEB логическую единицу, то выводы D0 – D13 перейдут в состояние высокого импеданса, т. е. выход преобразованных данных из этих выводов будет невозможен.

3.13 Тактирование выходных данных с АЦП
Микросхема AD9254 также содержит в себе вывод DCO
(Data Clock Output), отвечающий за тактирование преобразованных аналоговых сигналов для их подачи на внешние регистры. Данные подаются с восходящим передним фронтом. Полярность импульсов тактирования можно менять через SPI-интерфейс.

---

Глава 4. Описание платы DE2-115

4.1 Общее описание платы DE2-115

Плата DE2-115 является многофункциональным устройством. На эту плату установлена ПЛИС Cyclone IV E EP4CE115F29C7N. Но помимо нее еще установлены и другие устройства для отладки проекта ПЛИС. На рисунке 23 представлен внешний вид отладочной платы с обозначенными на ней элементами [4].



Рисунок 23 – Внешний вид отладочной платы DE2-115 (вид сверху)

На рисунке 23 представлен вид сверху данной платы. На нем можно увидеть следующие ее элементы:

1. 
   ПЛИС Cyclone IV E EP4CE115F29C7N;
   
2. 
   ячейка памяти EPCS64;
   
3. 
   модуль для программирования ПЛИС USB Blaster;
   
4. 
   ячейка ОЗУ SRAM (объем памяти – 2 Мбайт);
   
5. 
   две ячейки памяти ОЗУ SDRAM (объем памяти – 64 Мбайт);
   
6. 
   Flash-память (объем памяти – 8 Мбайт);
   
7. 
   кнопки – 4 шт.;
   
8. 
   переключателей – 18 шт.;
   
9. 
   светодиодов красного цвета – 18 шт.;
   
10. 
    светодиодов зеленого цвета – 9 шт.;
    
11. 
    генератор тактовых импульсов (макс. частота – 50 МГц);
    
12. 
    аудиокодек;
    
13. 
    аудиовход и аудиовыход (размер разъема – 3,5 мм);
    
14. 
    аудиовход для подключения микрофона (размер разъема – 3,5 мм);
    
15. 
    VGA-разъем для работы с внешним ЦАП;
    
16. 
    ТВ-декодер с соответствующим ТВ-входом;
    
17. 
    разъема для работы по стандарту Ethernet – 2 шт.;
    
18. 
    USB-разъем;
    
19. 
    модуль для работы по интерфейсу RS-232 с соответствующим разъемом;
    
20. 
    разъема для подключения компьютерной мыши – 2шт.;
    
21. 
    разъем для подключения клавиатуры;
    
22. 
    SMA-разъем для подачи тактовых импульсов – 2 шт.;
    
23. 
    Разъем с 40 контактами для подключения внешних устройств с диодной защитой;
    
24. 
    HSMC-разъем для работы с периферийными платами от компании TerASIC;
    
25. 
    LCD-дисплей.
    

Снизу у этой платы тоже есть устройства. Вид снизу представлен на рисунке 24.



Рисунок 24 – Внешний вид платы DE2-115 (вид снизу)

Снизу на плату установлены следующие элементы:

1. 
   ячейка электрически стираемой ПЗУ EEPROM;
   
2. 
   разъем для подключения SD-карты к плате.
   

Все сигналы от вышеперечисленных устройств либо направляются в ПЛИС, либо выходят из нее. Данная плата, действительно, обладает широкой функциональностью. В этом можно убедиться

---

, проанализировав схему управления сигналами ПЛИС на плате DE2-115, представленной на рисунке 25 [4].



Рисунок 25 – Схема управления сигналами в плате DE2-115

4.2 Подключение элементов платы DE2-115 к ПЛИС

У каждого элемента на данной плате есть свой адрес, по которому ПЛИС определяет, какой элемент нужно к себе подключить. Структура адреса следующая:



где

XX – буквенное обозначение адреса;

NN – цифровое обозначение адреса.

Для примера указания адреса для подключения элемента платы ПЛИС рассмотрим переключатели SW0-SW17. В таблице 11 указаны адреса данных элементов.

Таблица 11 – Адреса переключателей SW0-SW17 на плате DE2-115

Переключатель SW	Адрес
SW0	PIN_AB28
SW1	PIN_AC28
SW2	PIN_AC27
SW3	PIN_AD27
SW4	PIN_AB27
SW5	PIN_AC26
SW6	PIN_AD26
SW7	PIN_AB26
SW8	PIN_AC25
SW9	PIN_AB25
SW10	PIN_AC24
SW11	PIN_AB24
SW12	PIN_AB23

Продолжение таблицы 11

SW13	PIN_AA24
SW14	PIN_AA23
SW15	PIN_AA22
SW16	PIN_Y24
SW17	PIN_Y23

Данная структура адреса элементов на плате DE2-115 применима ко всем ее элементам. В данной ВКР нас больше всего интересует структура адресов контактов у HSMC-разъема. Номера контактов, их назначение и адреса указаны в приложении данной ВКР.

4.3 Перемычки выбора режимов работы платы DE2-115

Как и в плате АЦП-ЦАП Data Conversion HSMC, в плате ПЛИС DE2-115 есть перемычки выбора режимов работы. Всего их на данной плате 6 штук. По функциональному назначению их можно разделить на 3 группы:

1. 
   перемычки для выбора драйвера цифрового питания HSMC-разъема;
   
2. 
   перемычки для выбора драйвера цифрового питания GPIO-разъема;
   
3. 
   перемычки выбора режима работы для стандарта Ethernet.
   

---

К перемычкам первой группы относятся перемычки JP3 и JP7. Перемычка JP3 отвечает за программирование устройств, содержащих в себе ПЛИС, через HSMC-разъем. Положение перемычки JP3 представлено на рисунке 26 [4].

Рисунок 26 – Положение перемычки JP3 на плате DE2-115

В таблице 12 представлено назначение контактов перемычки JP3.

Таблица 12 - Назначение контактов перемычки JP3

Замкнутые контакты	Режим работы программатора
Контакты 1 и 2	Программирование устройств через HSMC-разъем не осуществляется
Контакты 2 и 3	Программирование устройств через HSMC-разъем осуществляется

Перемычка JP7 отвечает за выбор драйвера цифрового питания. Ее положение на плате DE2-115 представлено на рисунке 27 [4].

В таблице 13 описано назначение контактов перемычки JP7.

Таблица 13 – Назначение контактов перемычки JP7

Замкнутые контакты	Режим работы драйвера цифрового питания
Контакты 1 и 2	1,5 В

Продолжение таблицы 13

Замкнутые контакты	Режим работы драйвера цифрового питания
Контакты 3 и 4	1,8 В
Контакты 5 и 6	2,5 В
Контакты 7 и 8	3,3 В

Рисунок 27 – Положение перемычки JP7 на плате DE2-115

Ко второй группе относится перемычка JP6. Она отвечает за выбор драйвера цифрового питания для GPIO-разъема. Положение перемычки JP6 на плате DE2-115 представлено на рисунке 28 [4].

В таблице 14 представлено назначение контактов перемычки JP6.

Таблица 14 – Назначение контактов перемычки JP6

Замкнутые контакты	Режим работы драйвера цифрового питания
Контакты 1 и 2	1,5 В
Контакты 3 и 4	1,8 В
Контакты 5 и 6	2,5 В
Контакты 7 и 8	3,3 В

---