基于單片機和FPGA綜合開發平臺設計

摘要：單片機和FPGA是目前電子設計常用的兩種芯片。本綜合開發平臺結合二者的優點，利用了單片機和FPGA穩定、高速的特點，設計了電源模塊，信源編碼和解碼模塊，波形產生模塊，調制信號產生模塊，解調模塊，A/D（D/A）模塊，鍵盤模塊和語音模塊等，使開發電子產品或對學生進行教學、培訓變得更加快速和方便。

關鍵詞：單片機 FPGA 開發平臺

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0034-02

隨著電子技術的發展，單獨利用單片機或FPGA進行電子開發或對學生進行訓練已顯得力不從心。同時，在學校實踐教學中，單純的理論學習或購買已經成型的儀器設備不利于學生對所學知識的理解。

針對這種情況，西藏大學工學院電子信息系開發了一款基于單片機和FPGA的綜合開發平臺，將這兩款主流芯片結合在一起，這即方便了教師在授課的過程中清楚地講解單個元器件的功能，整個開發板的設計、布線及實現等功能，又為學生在電子產品開發或訓練方面帶來方便。

1 綜合開發平臺的主要功能

單片機和FPGA可以實現常用的數據編碼類型。內嵌的波形產生模塊可以產生常用的ASK、FSK、PSK三種調制功能。按照微處理器和FPGA連接起來就可以構成相應的通信系統，可實現基帶通信系統、FSK 通信系統、DPSK通信系統，也可以實現嵌入式智能控制等。板載的A/D/（D/A）可以實現模擬信號的數字化和數字信號的模擬化，其采樣率可達20M以上，能滿足大多數功能的要求，采用MCU和FPGA器件，電路性能更穩定可靠。

2 開發平臺用到的主要芯片

考慮到開發平臺的設計成本、體積及開發難易程度，選用的芯片主要是貼片封裝。

2.1 單片機和FPGA芯片

單片機芯片采用穩定性及性價比都非常高的C8051F020，封裝形式為TQ100；FPGA開發芯片采用EP2C8Q208C8，封裝形式為FQFP208_N，這主要考慮到芯片成本及學生的實際使用情況。

2.2 電源芯片的選擇

直流供電芯片使用LM2678_5V，這主要利用了LM2678_5V寬泛的直流電壓輸入。另外使用AS117-1.25V為FPGA供電，AS117_3.3V為單片機供電。

2.3 其他芯片

前置放大器芯片采用AD620，AD620是一種低功耗的儀用放大器，特別適合做小信號的放大級，經AD620放大后的小信號失真度很小。中間級放大芯片使用高速高增益帶寬積運放THS4001，該芯片具有使用芯片數量小，調試容易的特點。模數轉換芯片使用TLC5510，它是8位高阻抗并行A/D芯片，能提供采樣速率不低于20MSPS。數模轉換使用DAC0800LCM， SO16封裝。

3 部分電路圖

本文章給出了LM2678和LCD電路圖，如圖2和圖3所示

參考文獻

[1] 徐瑋，沈建良.單片機快速入門[M].北京：北京航空航天大學出版，2008.

[2] 馬克斯菲爾德（英）編著，FPGA權威指南[M].杜生海，譯.北京：人民郵電出版社，2012.

[3] 袁桂玲.應用Protel 99SE軟件實現電路的設計與仿真[J].儀器儀表用戶，2011（3）.