Figura 01 Visão Geral da Placa

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1 1. Hardware O kit de FPGA é formado por periféricos que possibilitam sua interação com sinais de áudio, display gráfico e alfanumérico, comunicação serial e USB, codec de áudio, chaves para simulação e reset, leds para uso geral bem como barramento de acesso a quarenta pinos de entrada e saída do componente. 1.1 A Plataforma FPGA FPGA (Field Programmable Gate Array) são circuitos programáveis compostos por um conjunto de células lógicas ou blocos lógicos alocados em forma de uma matriz. Em geral, a funcionalidade destes blocos, assim como o seu roteamento, é configurável por software. O chip empregado no kit é o EP2C8Q208C8 fabricado pela Altera, sistema da família Cyclone II, com 8256 elementos lógicos, dois PLLs (Phase-Locked Loop), 36 blocos de 4Kbit de memória e com 18 elementos lógicos de multiplicação embarcados. Figura 01 Visão Geral da Placa Abaixo serão mostrados os componentes presentes na placa, contendo uma breve descrição dos mesmos, modelo esquemático e tabela de referência contendo as ligações equivalentes dos pinos de cada componente no FPGA. Obs.: Alguns pinos no arquivo XF101_pin_assignments podem possuir nomes ou numerações diferentes dos mostrados aqui, causados, em sua maioria, por inconsistências na nomenclatura de componentes que podem ser declarados como vetores.

2 1.2 Switches Foram implementadas no Kit de FPGA um conjunto de Switches, totalizando 16, para simular acionamentos diversos. Os Switches forçam os níveis lógicos alto e baixo diretamente no pino onde estão conectadas, garantindo níveis estáveis para uma simulação eficaz durante o desenvolvimento e estudos realizados com o kit. Figura 02 Esquemático dos circuitos dos Switches CH1 PIN_68 Switch SW[0] CH2 PIN_69 Switch SW[1] CH3 PIN_70 Switch SW[2] CH4 PIN_72 Switch SW[3] CH5 PIN_74 Switch SW[4] CH6 PIN_75 Switch SW[5] CH7 PIN_76 Switch SW[6] CH8 PIN_77 Switch SW[7] CH9 PIN_80 Switch SW[8] CH10 PIN_81 Switch SW[9] CH11 PIN_82 Switch SW[10] CH12 PIN_84 Switch SW[11] CH13 PIN_86 Switch SW[12] CH14 PIN_87 Switch SW[13] CH15 PIN_88 Switch SW[14] CH16 PIN_89 Switch SW[15]

3 1.3 Chaves Para a simulação de experiências que exijam teclas ou ações provenientes de transientes de nível, fora especificado um módulo de chaves que estão diretamente ligadas ao FPGA já com os devidos filtros anti-bouncing em cada dispositivo. Figura 03 Esquemático dos circuitos das Chaves P0 PIN_90 Chave CH1 P1 PIN_92 Chave CH2 P2 PIN_94 Chave CH3 P3 PIN_95 Chave CH4 P4 PIN_96 Chave CH5 P5 PIN_97 Chave CH6 P6 PIN_99 Chave CH7 P7 PIN_101 Chave CH8

4 1.4 Displays de Sete Segmentos Para este kit foram previstas operações lógicas básicas, dentre elas operações com Displays de Sete Segmentos. O módulo de display foi implementado para operar em modo multiplexado, nesse modo cada display é acessado pelo mesmo barramento, sendo necessário o acionamento do display no qual se deseja controlar. Para que se obtenha o acionamento de todos os displays, se faz necessária à escrita constante em cada um deles a uma taxa de atualização de 100 Hz, nessa freqüência a multiplexação se torna transparente ao usuário. Cada segmento dos displays é aceso com nível lógico 0. Figura 04 Esquemático do circuito do Display de Sete Segmentos Figura 05 Posição dos Segmentos do Display D0 PIN_102 Segmento a D1 PIN_103 Segmento b D2 PIN_104 Segmento c D3 PIN_105 Segmento d D4 PIN_106 Segmento e D5 PIN_107 Segmento f D6 PIN_110 Segmento g D7 PIN_112 Ponto DISPLAY_1 PIN_113 Ativa o Display DP1 DISPLAY_2 PIN_114 Ativa o Display DP2 DISPLAY_3 PIN_115 Ativa o Display DP3 DISPLAY_4 PIN_116 Ativa o Display DP4

5 1.5 LEDs Estão disponíveis dezesseis LEDs diretamente ligados aos pinos do FPGA para que possa servir de interface para usuário durante o desenvolvimento de projetos diversos, esses LEDs são acionados com nível lógico alto. Figura 06 Esquemático do circuito dos LEDs LD1 PIN_127 LED LD1 LD2 PIN_128 LED LD5 LD3 PIN_133 LED LD7 LD4 PIN_134 LED LD9 LD5 PIN_135 LED LD11 LD6 PIN_137 LED LD13 LD7 PIN_138 LED LD15 LD8 PIN_139 LED LD3 LD9 PIN_141 LED LD2 LD10 PIN_142 LED LD4 LD11 PIN_143 LED LD6 LD12 PIN_144 LED LD8 LD13 PIN_145 LED LD10 LD14 PIN_146 LED LD12 LD15 PIN_147 LED LD14 LD16 PIN_149 LED LD16

6 1.6 Displays LCD O Kit possui os conectores para controle e operação com displays alfanuméricos e gráficos, estabelecendo uma interface visual com o usuário. Para se ajustar o contraste do display, basta utilizar o trimpot contraste, que está identificado no kit, do lado direito. Este contraste é compartilhado tanto pelo display alfanumérico quando o gráfico por isso altera-se o nível de contraste de ambos os displays de cristal líquido. Figura 07 Esquemático dos Conectores para Displays LCD RD0 PIN_164 Palavra para o LCD [0] RD1 PIN_163 Palavra para o LCD [1] RD2 PIN_162 Palavra para o LCD [2] RD3 PIN_161 Palavra para o LCD [3] RD4 PIN_160 Palavra para o LCD [4] RD5 PIN_152 Palavra para o LCD [5] RD6 PIN_151 Palavra para o LCD [6] RD7 PIN_150 Palavra para o LCD [7] EN PIN_165 Habilita o LCD RS PIN_168 Seleciona Dado ou Comando, 0 = Comando, 1 = Dado RW PIN_169 Seleciona Leitura ou Escrita, 0 = Escrita, 1 = Leitura CS1 PIN_118 - CS2 PIN_117 - VOUT - Não possui ligação no FPGA RESET - Chave RESET presente na placa

7 1.7 Comunicação Serial RS-232 O kit possui um adaptador para comunicação serial padrão RS232, efetuando a comunicação direta do kit com qualquer dispositivo serial utilizando o mesmo padrão, incluindo computadores, usando o circuito MAX3232. A comunicação serial pode ser configurada para operar nas taxas de comunicação padrão para este tipo de dispositivo. Figura 08 Esquemático do circuito MAX3232 RTS PIN_207 - CTS PIN_208 - RX PIN_206 - TX PIN_ Memória Flash A memória flash para expansão de memória de dados do FPGA tem o intuito de possibilitar gravações e leituras de dados com velocidade elevada, sendo utilizada para expansão da memória interna do FPGA e também possibilitando a gravação dos dados já processados. O dispositivo especificado foi o AT45DB081D, fabricado pela ATMEL, com capacidade de 8Mb, taxa de comunicação SPI de até 66MHz e modo programação de página inteligente. Figura 09 Esquemático do Circuito da Memória Flash

8 CS_FLASH PIN_203 - SCK_FLASH PIN_200 - DATAIN_FLASH PIN_199 Entrada de dados da memória flash DATAOUT_FLASH PIN_198 Saída de dados da memória flash RESET - Chave RESET presente na placa 1.9 Portas de Expansão O kit possui 50 pinos de expansão divididos em: 41 pinos de Entrada/Saída de uso geral, 6 pinos para sinais de Clock externos, 1 pino que fornece 3.3V e 2 pinos de aterramento. Figura 10 Esquemático do circuito das Portas de Expansão

9 IO0 PIN_170 Pino de Expansão IO0 IO1 PIN_171 Pino de Expansão IO1 IO2 PIN_173 Pino de Expansão IO2 IO3 PIN_175 Pino de Expansão IO3 IO4 PIN_176 Pino de Expansão IO4 IO5 PIN_179 Pino de Expansão IO5 IO6 PIN_180 Pino de Expansão IO6 IO7 PIN_181 Pino de Expansão IO7 IO8 PIN_182 Pino de Expansão IO8 IO9 PIN_185 Pino de Expansão IO9 IO10 PIN_187 Pino de Expansão IO10 IO11 PIN_188 Pino de Expansão IO11 IO12 PIN_189 Pino de Expansão IO12 IO13 PIN_191 Pino de Expansão IO13 IO14 PIN_193 Pino de Expansão IO14 IO15 PIN_3 Pino de Expansão IO15 IO16 PIN_4 Pino de Expansão IO16 IO17 PIN_5 Pino de Expansão IO17 IO18 PIN_6 Pino de Expansão IO18 IO19 PIN_8 Pino de Expansão IO19 IO20 PIN_10 Pino de Expansão IO20 IO21 PIN_11 Pino de Expansão IO21 IO22 PIN_12 Pino de Expansão IO22 IO23 PIN_13 Pino de Expansão IO23 IO24 PIN_14 Pino de Expansão IO24 IO25 PIN_15 Pino de Expansão IO25 IO26 PIN_30 Pino de Expansão IO26 IO27 PIN_31 Pino de Expansão IO27 IO28 PIN_33 Pino de Expansão IO28 IO29 PIN_34 Pino de Expansão IO29 IO30 PIN_35 Pino de Expansão IO30 IO31 PIN_37 Pino de Expansão IO31 IO32 PIN_39 Pino de Expansão IO32 IO33 PIN_40 Pino de Expansão IO33 IO34 PIN_41 Pino de Expansão IO34 IO35 PIN_43 Pino de Expansão IO35 IO36 PIN_44 Pino de Expansão IO36 IO37 PIN_45 Pino de Expansão IO37 IO38 PIN_46 Pino de Expansão IO38 IO39 PIN_47 Pino de Expansão IO39 IO40 PIN_48 Pino de Expansão IO40 CLK2 PIN_27 Pino para sinal de clock externo CLK2 CLK3 PIN_28 Pino para sinal de clock externo CLK3 CLK4 PIN_132 Pino para sinal de clock externo CLK4 CLK5 PIN_131 Pino para sinal de clock externo CLK5 CLK6 PIN_130 Pino para sinal de clock externo CLK6 CLK7 PIN_129 Pino para sinal de clock externo CLK7

10 1.10 Oscilador O kit possui um oscilador que produz um sinal de clock com frequência de 24 MHz já integrado a placa. OSCILADOR PIN_23 Sinal de clock de 24MHz 1.11 Reset A chave RESET presente na placa já está ligada ao módulo de Memória Flash e ao conector de Display Gráfico exercendo a função de suas respectivas entradas de RESET, mas ela também está disponível para ser usada em qualquer sistema implementado no FPGA. RESET PIN_201 Chave RESET