Mars-EDA-S系列实验主板用户手册

Mars-EDA 系列实验主板用户手册

一、实验板用途、目的及使用对象 (3)

二、硬件配置情况及实验配套介绍 (3)

1、硬件配置 (3)

2、配套实验例程 (4)

三、器件布局及器件功能说明 (5)

四、电路跳线说明 (7)

五、硬件电路说明 (8)

1、 电源电路..................................................................................................................... .... (8)

2、用户定义晶振 (8)

3、实验板上复位和时钟输入定义 (9)

4、LED 灯电路 (9)

5、数码管 (10)

6、矩阵键盘 (11)

7、拨码开关 (13)

8、蜂鸣器 (14)

9、I2C 接口的E2PROM AT24C02 (14)

10、93c46 (16)

11、串行通信 (17)

12、自由按键电路 (18)

13、VGA 接口 (18)

14、PS2 接口 (19)

15、字符液晶接口......................................................................................................... .... . (20)

16、图形液晶接口......................................................................................................... .... . (21)

17、单片机接口.................................................................................................................. .... .. (23)

18、扩展接口............................................................................................................................ .... .. (26)

19、核心板接口....................................................................................................................... .... . (28)

六、实验例程简介及程序流程编写说明 (29)

1、基础实验........................................................................................................................... .... (29)

2、接口实验…............................................................................................................................... .... ..30

3、综合实验................................................................................................................ .... . (31)

七、售后维修及技术支持事项.................................................................................................... .... .... .. (32)

一、实验板用途、目的及使用对象

Mars-EDA-S系列实验板是针对，本扩展实验板提供丰富的实验例程和硬件资源，并介绍关于如何在本实验平台上完成各个实验过程，实现对板上资源的利用，从而使用户获得对FPGA、CPLD器件的开发应用流程得到了解。实验例程注重用户对FPGA、CPLD器件入门级应用的培养，分为三个部分：基本实验，接口实验和综合实验，由浅入深，一步步引导用户。基本实验包括一些基础的组合与时序电路设计；接口实验包括一些常用的输入、显示电路以及一些较简单的接口如串口、I2C接口的设计、VGA接口、PS2接口；综合实验包括一些针对问题的综合性设计。

二、硬件配置情况及实验配套介绍

1、硬件配置

a) STC89LE51

b) MAX3232

c) 93C46

d) AT24C02

e) 4*4 矩阵按键

f) 8 段数码管

g) 蜂鸣器

h) 拨码开关

i) LED 灯

j) 2 个自由按键

k) 1602 字符液晶接口

l) 12864 图形液晶接口

m) VGA 接口

n) PS2 接口

CPLD/FPGA 实验：

Ⅰ、基础实验：

1、加法实验

2、减法实验

3、乘法实验

4、除法实验

5、四位比较器

6、多路选择器

7、优先编码器

8、二进制到BCD 码转换

9、简单状态机

Ⅱ 接口实验

1、跑马灯实验

2、矩阵键盘实验

3、7段数码管实验

4、蜂鸣器实验

5、串口通讯实验

6、拨码开关实验

7、I2C 接口EEPROM存取实验

8、MCU51 通讯实验

9、PS2 键盘实验

10、VGA 显示实验

11、1602 字符液晶显示实验

12、12864 图形液晶显示实验

Ⅲ 综合实验

1、模拟交通灯实验

2、数字时钟实验

Ⅳ 单片机实验：

1、流水灯实验

2.、矩阵键盘扫描实验

3、8 位7 段数码管显示

4、16*2 字符液晶驱动显示实验

5、128*64 液晶驱动显示实验

6、24C02/64 的IIC 接口操作实验

7、93C46 的Microwire 接口操作实验

8、音乐演奏实验

9、RS232 接口实验

10、数字时钟实验

三、器件布局及器件功能说明

标号 名称 功能说明

UU1 STC89LE51 3.3V 低电压单片机

UC1 93C46

UI1 24C02 IIC 接口EEPROM 支持100K/400K 速率

UD1 SW DIP-8 8 位拨码开关

UP1 AS1117-3.3 3.3V 电源芯片

U6 MAX3232 232 电平转换芯片

MCU_RST 单片机复位按键单片机复位按键

D1—D12 发光二极管 12 个LED，正极接电源

DS1—DS2 8 位7 段数码管共阳7 段数码管

SW0—SW16 4*4 矩阵按键

LS1 蜂鸣器 演奏音乐，键盘音等

Y1 用户自定义有源

晶振座

YU1 11.0592MHZ 单片机的晶振

硬件电路跳线说明

标号 名称 功能说明

J1 HDR1X3 数码管和LCD 工作跳线选择，数码管和LCD 的控制共用一组数据线和控制线，通过J1 来决定数码管工作还是LCD 工作，2，3 短接数码管工作，1，2短接LCD 工作

J2 HDR2X7 CPLD/FPGA 控制93C46、24C02、蜂鸣器工作或MCU 控制93C46、24C02、蜂鸣器工作。依次将对应的1,2 管脚短接上（移去EDA 核心板或将EDA 核心板的控制管脚设为三态输入情况下），将由MCU 完成对93C46、24C02、蜂鸣器的控制工作。断开将由CPLD/FPGA 控制

J3 HDR1X2 MCU 工作与否跳线，断开则由CPLD/FPGA 控制板上所有资源工作。短接上：可完成MCU 和CPLD 之间的通信，MCU 控制板上所有资源的工作。

具体短接与否详细见各个实验工作说明

J4 HDR1X2 短接LED 灯工作，断开，其和LED 灯相连接的IO 管脚，外扩到EXT1、EXT2上供外部扩展模

块使用。

J5 HDR1X2 短接拨码开关工作，断开，其和拨码开关相连接的IO 管脚，外扩到EXT1、EXT2 上供外部扩

展模块使用。

JP5 HDR1X2 核心板工作电源跳线，此跳线的设置是为了防止核心板和单片机同时对同一个管脚做高低电平相反的操作，可能会烧坏芯片。切记！！

五、硬件电路说明 1、电源电路

输入为内正外负的+5V 电源。1117-3.3 将输入的5V 电源转成3.3V ，为整个板子提供3.3V 电压。整个板子为3.3V 系统。与5V 系统相连，请慎重。

2、用户定义晶振

实验主板上板载一个四脚有源晶振座，用户可以自己选择适当频率晶振安装使用。

Signal 管脚

定义 Mars-1270-S

GCLK1

P59

、实验板上复位和时钟输入定义

实验板子所有测试程序的时钟和复位信号来自各自的核心板或实验主板上的key1 按键，具体的管脚映射见下表：

Signal Mars-1270-S

CLK P127

nRST P110

4、LED 灯电路

LED 灯电路属于板内资源，要使用它，需要把J4 短接。LED 灯的阳极接电源，阴级接FPGA、CPLD 的I/0 口，因此是低电平驱动，只要由FPGA、CPLD 在相应引脚给出低电平，LED 就会发光。

Signal Mars-1270-S

LD1 P55

LD2 P52

LD3 P49

LD4 P45

LD5 P43

LD6 P38

LD7 P53

LD8 P51

5、数码管

数码管属于LED 发光器件的一种，分为8 段：A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小数点位，还包括一个公共端COM 端。从电气上，8段数码管又分为共阴和共阳两种。共阴指数码管的公共端接负极，而各段接正极；共阳则正好相反。如果有多个数码管，它们的各段输入一般都分别接在一起，公共端分开。开发板上采用的是8 个共阳数码管。

数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是每个数码管的8 段输入各自分开，其COM 口电平一直有效。它的优点是控制方便，显示稳定，但要占用较多的I/O口。动态显示的原理是，各个数码管的段输入相应位接在一起，共同占用8 位数据线；公共端分开，利用扫描和人视觉上的短暂停留性，依次给出各个数码管COM 端使能信号，并同时给出各数码管的数据。它的优点是占用I/O 口少，但控制较静态显示复杂。一般在数码管较多的情况下都采用动态显示。

数码管和LCD 模块共用一组IO 控制接口，用户做这两部分实验时，一定要保持数码管和LCD 不要同时工作。通过数码管旁边的跳线J1 控制。

Signal 管

脚

Mars-1270-S

定

义

A P109

B P108

C P111

D P113

E P114

F P117

G P119

DP P120

EN0 P132

EN1 P131

EN2 P125

EN3 P121

EN4 P123

EN5 P124

EN6 P133

EN7 P134

6、矩阵键盘

开发板上设计了行列式矩阵编码键盘，规模为4*4，可作为外部输入。采用矩阵编码键盘可以减少对I/O 口的占用。开发板上的矩阵编码键盘有4 条行线，4条列线。行线和列线的交叉处不直接连接，而是通过一个按键加以连接。这样就构成4*4=16 个按键输入，比之直接将信号线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9 键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，如图列线通过电阻接正电源，

键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别及编程方法如下所述。

行扫描法

行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如图所示键盘，

介绍过程如下。

1. 判断键盘中有无键按下： 将全部行线Y0-Y3 置低电平，然后检测列线的状态。只要有 一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4 根行线相交叉 的4 个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

2. 判断闭合键所在的位置 ：在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方 法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根 行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

也可以采用这样一个过程（实验例程中采用）：

1． 等待按键并识别按键位置：按一定的频率用低电平循环扫描行线Y0-Y3，同时检测列线的状态，一旦判断有一列为低则表示有键被按下，停止扫描并保持当前行线的状态，再读取列线的状态从而得到当前按键的键码。

2． 等待按键弹起：检测到各列线都变成高点平后，重新开始扫描过程，等待下一次按键。

由于按键属于机械开关，

可以在程序中采用软件延时的办法，即每次检测到有键按下时延时20ms 再判断是否按键还是处于按下状态，是则表示确实有键按下，不是则表示是按键误动作。

管脚映射

Signal Mars-1270-S

Row0 P95

Row1 P94

Row2 P93

Row3 P91

Col0 P102

Col1 P101

Col2 P98

Col3 P97

7、拨码开关

板上设计了一组8 位的拨码开关，ON为低电平，OFF为高电平。拨码开关可供用户输入一些高低电平。

Signal

Mars-1270-S

Dial0 P71 Dial1 P69 Dial2 P68 Dial3 P67 Dial4 P63 Dial5 P62 Dial6 P61 Dial7

P60

8、蜂鸣器

蜂鸣器使用很方便，电流通过时蜂鸣器发出响声。如图可见，只要将蜂鸣器与CPLD/FPGA相连的I/O 口置为低电平，就可以驱动蜂鸣器发声。

Signal 管

脚定义

Mars-1270-S

BUZZ

P75

9、I 2C 接口的E2PROM AT24C02

的实验例程熟悉I2C 总线的协议和CPLD/FPGA 读写E2PROM 存储器的操作。

I2C总线特点

I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C 总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25 英尺，并且能够以10Kbps 的最大传输速率支持40 个组件。I2C 总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering) ， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

总线的构成及信号类型

I2C 总线是由数据线SDA 和时钟SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU 与被控IC 之间、IC 与IC 之间进行双向传送。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C 总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器）， 这取决于它所要完成的功能。CPU 发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。

I2C 总线在传送数据过程中共有四种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号、应答信号和数据信号。

开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

应答信号：接收数据的IC 在接收到8bit 数据后，向发送数据的IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。控制单元向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，控制单元接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

数据信号和应答信号都必须在SCL 为低电平时变化，在SCL 为高电平时保持数据稳定。

管脚映射

Signal

Mars-1270-S

SDA P78

SCL P81 10、93c46

管脚映射

Signal

Mars-1270-S

CS P80

SK P85

DI P84

DO P87

11、串行通信

RS232 是一种串行通信接口标准。RS232 电平标准与CPLD 不兼容，因此使用一块MAX232进行电平转换。实验例程安排了一个简单的CPLD/FPGA 和PC 进行串口通信的程序，用户可以参考该程序了解串口通信的基本方法。

Signal

Mars-1270-S

12、自由按键电路

管脚映射

Signal

Mars-1270-S

KEY1 P73

KEY2 P72

13、VGA 接口

直接和VGA 显示器对接，实现彩条演示的显示；用于验证VGA 时序。

管脚映射

Signal

Mars-1270-S

VGA_R P137

VGA_G P139

VGA_B P140

VGA_HS P141

VGA_VS P143

14、PS2 接口

标准的鼠标、键盘接口，支持3.3V 和5V 设备，可以用来验证PS/2 的接口协议，实现一个IO 设备扩展。

管脚映射

Signal

Mars-1270-S

PS2CM P88

PS2DM P89

15、字符液晶接口

本实验板提供标准1602 字符液晶接口,提供源代码驱动参考示例。支持1602 字符液晶接口

管脚映射

Signal

Mars-1270-S

LCD_RS P132