FPGA数码相框电子电路设计大全 —电路图天天读（101） 电子电路, 电子产品, 最佳拍档, 电路图, 相框

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随着社会经济的发展和生活物质水平的提高，人们对于精神世界的追求也越来越高。该设计理念源于提高人们的生活幸福指数。在传统意义上，人们往往用冲印出来的相片来记录生活中的美好瞬间。然而伴随电子行业的发展，包括数码相机，高像素智能内的大量电子产品大行其道，足以用数码形式将其取代。据统计，世界上那个70%以上照片都是数码照片，年轻一族更是喜欢以数码形式记录他们的生活，并且分享在网络上。数码相框同时还可以将静态图片提升为动态的相册，携带方便，储存时间长远，满足于人们的需求，同时也会是一种节约型，环保低碳型的构想。
　　FPGA 工作原理
　　一个典型的FPGA 是有几个部分构成的，首先是逻辑块（LogicBlock(＄23.9500)），Altera 公司将其称之为逻辑阵列快（LAB）Xilinx(＄233.7100) 公司将其称为可配置逻辑块（CLB）。LAB 由称之为LE（Logic Element）的基本单元构成，CLB 由称之为LC（Logic Cell）的基本单元构成。这些就是FPGA 的逻辑资源，还有一部分是散落在各个逻辑块之间地内部连线，它们好比是PCB 板上的导线，将FPGA 内部地各个逻辑相连接，起点和终点都是IOB（I/O Block(＄23.9500)）。另一部分就是IOB 了，IOB 是FPGA的外部物理接口，类似IC 的各引脚，当然这里是根据用户需要自己可以任意定义的。如今的FPGA 的IOB 已经很强大， 从基本的LVTTL/LVCOMS 接口到PCI/LVDS/RSDS 甚至各种各样的差分接口，FPGA内部的I/O 实际上是分组的，但是每一组都可以灵活配置，改变上拉下拉电阻，调解驱动电流大小，兼容5V，3.3V，2.5V，1.8V 甚至1.5V，可以满足不同的电器特性，不同的I/O 接口物理特性以及外部硬件电路对输入输出信号的各种匹配要求。目前I/O 可以达到的频率也愈来愈高，通过特定的技术数据读取速率甚至可以达到2Gbps 现在越来越多的工程师喜欢FPGA，强大的I/O 特性也是一种原因吧。

　　图2-1 典型的FPGA内部结构图

　　I/O 兼容恐怕是大势所趋。设计IOB 的概念和技术还有很多，这里不做介绍了。还有一部分就是FPGA 内部的功能模块，是制造商根据实际需要放置在FPGA 内部的。比如数字时钟管理模块即DCM，Xilinx(＄233.7100) 公司的FPGA 全都具有这种功能。比如相位环路锁定。PLL 需要一个外部时钟输入（晶振），经过内部处理后（包括分频和倍频）可以提供在频率和相位上都比较稳定的一定范围内的时钟。还有不得不提的内部不占用逻辑资源的块RAM。RAM 块可用作为单口RAM、双口RAM、内容地址存储器以及FIFO（first in first out）等常用存储器甚至ROM，移位寄存器。这对于小量数据缓存很有用，强化了FPGA的应用性。在选择FPGA 时，芯片内部块RAM 的资源多少也是衡量的一个重要因素。单独块RAM 的容量为18kbit 宽为18Bit、深度为1024，可以根据实际需要改变其位宽和深度，但有两点限制：首先就是修改后块RAM 的容量（位宽深度）不能大于单片块RAM 容量；而且位宽最大不能超过36Bit，可以将多片块RAM 联起来形成内存更大的RAM，此时只受限于芯片内块RAM 的数量，而不再受上面两条原则约束。不过在Quartus 中，具体操作起来很方便。还有底层内嵌功能单元包括内嵌专用硬核如乘法器等。它对于数字信号的运算处理提供极大的便利。
　　SPI 接口控制电路

　　图4-1 SPI模式连接图

　　该工程模块的SPI 接口四条信号线分别定spi_cs_n，spi_clk，spi_miso 和spi_mosi。其中spi_cs_n 是数据控制使能信号，当要对芯片进行操作时，此信号低电平有效。也就是说在同一条主线上可以连接多个SPI。spi_clk是SPI 同步时钟信号，数据信号在该时钟的控制下进行逐位传输。spi_miso 和spi_mosi 是主从机进行通信的数据信号，spi_miso即主机的输入或者说是从机的输出spi_mosi 即主机的输出或者说是从机的输入。

　　VGA 显示驱动模块
　　标准VGA 一共有15 针，真正用到的接口不多，只有5 个，场同步信号和列同步信号是为了让VGA 接收部分知道过来的数据是对应哪一行哪那一列。还有三原色信号，本课题硬件三原色信号通过连接不同的电阻后直接与I/O 接口相连（可理解为简易的DA 转换），这样就可以显示256 色了。内部VGA 与FPGA 接口如图7-1 所示。

　　图7-1 VGA 内部简化DA

电子发烧友网技术编辑点评分析：
　　FPGA 器件应用是继单片机之后，当今地嵌入式系统开发应用中最最热门的关键技术之一，并且随着制造工艺水平的不断提高，成本的不断下降，FPGA 甚至大有替代专用ASIC 的趋势。FPGA 使用Verilog 或VHDL 等硬件描述语言编程。系统工程所有功能全部使用FPGA 来完成，内容包括SD 卡的读取控制，图片解码，VGA 驱动显示等等，采用的是SF—EP1开发板，该板FPGA 使用EP1C3T144C8(＄14.1400)，配置PLL 电源电路，SD 接口，1 个256 色的VGA 通用接口，SDRAM 等。支持AS 及JTAG 配置方式，软件平台使用Quartus Ⅱ 9.1，从而完成10 幅800*600 的BMP 图片循环显示。