Digitalteknik: CoolRunner-II CPLD Starter Kit Med kommentarer för kursen ht 2012

Transkript

1 Med kommentarer för kursen ht CR:1 CoolRunner-II CPLD Starter Kit är ett litet utvecklingssystem för Xilinx-kretsen XC2C256. Utvecklingskortet kommer från företaget Digilent. Vid laborationerna i digitalteknik kommer kortet att användas till samtliga laborationer utom den första. På kortet finns anslutningar för att programmera CPLD-kretsen och ett antal in- och utgångar som kan användas till olika ändamål. CPLD Utility Window används inte fr.o.m Kortet kan programmeras via programvaran CoolRunner-II Utility Window. Programvaran visar även CPLD-kretsens strömförbrukning och temperatur.

2 2012 CR:2 Några data för CoolRunner-II CPLD Family: XC2C256 har maximalt 184 I/O-anslutningar. I kapseln TQ144 finns 118 I/O-anslutningar tillgängliga TQ144 => 144 pin 1.4 mm QFP (Quad Flat Package) (Quad => alla anslutningar längs de fyra sidorna)

3 2012 CR:3 JTAG: Normal anslutning för programmering och felsökning. Här används en USB-anslutning som kommunicerar med JTAG. JP3: Extern anslutning av 9 V batteri. Används inte om USB används. JP2: Byglas för spänningsmatning via batteri/usb. JP1: Val av klockfrekvens 1000/100/10 khz USB controller: Atmel AT90USB162, se senare bild Spänningsregulator: Linear Technology LT3028, dual 100mA/500 ma Voltage regulator Analog/digital-omvandlare ADC: Linear Technology LTC2494, 16 kanal (8 diff) 16 bitars ADC. Här mäts spänningen (diff) över tre motstånd. Se senare bild.

4 2012 CR:4 Det finns totalt 84 I/O anslutningar för användaren. 20 av dessa är anslutna till fasta inrespektive utgångar på kortet. Anslutningar: 4 lysdioder, 2 switchar, 2 tryckknappar och 4 sifferdisplayer. De övriga 64 anslutningarna finns tillgängliga i 4 kontaktlister (JA-JD) respektive via lödanslutningar.

5 2012 CR:5 Atmel AT90USB162: Är en 8 bit microcontroller 16 MHz, 24 I/O, 8/16 kb programminne av typen ISP (In System Programmable) Flash, USB- Controller, datablad på ca 300 sidor. Kretsen innehåller en traditionell mikroprocessor och ett färdigt USBinterface. Den är inte helt enkel. Eftersom AT90USB162 enbart används för Utility Window kan vi bortse från den i årets kurs. Kopplingarna med AD-omvandling för strömmätningarna är trots det viktiga. Alla ska veta vad en differentiell mätning är.

6 2012 CR:6 Analog/digital-omvandlare ADC Linear Technology LTC2494. Inkopplingen i CR-II Starter KIT: På ADC-omvandlaren används 3 differentiella kanaler. Till varje kanal är en resistor på 0.5 ohm ansluten, se figuren längst ned. VCC1V8 är 1.8V från sp.regulatorn, VCCINT är anslutningen till CRII. Om VCC1V8 = 1.800V och VCCINT = V så är den differentiella skillnaden V som motsvarar strömmen 250 µa. Temperaturen mäts med en givare som finns inbyggd i ADComvandlaren. All kommunikation med omvandlaren sker via 4 digitala signaler: SDI, SDO, SCK och CS.

7 2012 CR:7 På utvecklingskortet finns digitala in- och utgångar för användaren enligt figuren. Siffrorna är stiftnumren på CPLD-kretsen. Observera att BTN0 och BTN1 är normalt låga, Att lysdioderna LD0-3 tänds på låg nivå. Sifferdisplayen är multiplexerad. Om utgångarna på stift 130,129,128,126 är 0111 så kommer enbart siffran längst till vänster att vara aktiverad. Vilka segment som lyser beror på värdena på CA-DP. Ett lågt värde gör att motsvarande segment är tänt. Sifferdisplayen kommer att användas vid laborationerna. I CoolRunner-II Evaluation Board Reference Manual finns mer att läsa, t.ex. vilka anslutningar som finns på övriga kontaktlisterna.

8 2012 CR:8 Tillsammans med utvecklingssystemet finns en programvara CoolRunner-II Utility Window som kommer att användas för att programmera CPLD-kresten. Programvaran visar också CPLD:ens strömförbrukning och kortets temperatur. Gränssnittet: Vi programmerar på ett annat sätt. Detta är kursiv kuriosa. Innan programmeringen måste VHDL programmet behandlas av WebPack så att en programmerbar fil erhålles. Filen är av typ.jed som kan läsas in av Utility Window. Filen överförs till CPLD-kretsen via datorns USB-interface. Start/Stop av utility-fönstret Start av programmering Fil som är inläst (.jed)

9 2012 CR:9 Programvaran CoolRunner-II Utility Window finns på en CD som ingår i utvecklingspaketet. På CD:en finns även en del manualer och tillämpningsexempel. Se nedan. Speciellt intressant är Programmable Logic Design Guide som beskriver programmerbar logik i allmänhet, programvaran WebPack och något om de olika kretsarna från Xilinx. Databladen för COOLRunner-II är viktiga. Det mesta av informationen kommer också att finnas på kursens web-sida.

10 2012 CR:10 Matningsspänningar för CoolRunner. För CoolRunner finns 3 (4) följande matningsspänningar: Vcc = 1.8 V, (Supply voltage for internal logic) VccIO1= 3.3 V, 2.5 V, 1.8 V, 1.5 V, (Supply voltage for output drivers) VccIO2= 3.3 V, 2.5 V, 1.8 V, 1.5 V, (Supply voltage for output drivers) VccAUX= V, (JTAG supply voltage) På utvecklingskortet gäller: Vcc = 1.8 V, VccIO1= 3.3 V, VccIO2 = 3.3 V, Vcc AUX= 3.3 V. Utvecklingskortet är alltså anpassat för att anslutas till 3.3 V logik. Olika logikfamiljer kräver olika spänningsnivåer och CoolRunner kan användas för nivåerna 3.3 V, 2.5 V, 1.8 V och 1.5 V

11 2012 CR:11 CoolRunner, utgångar. Ofta vill man veta hur stor last en utgång kan driva vid hög (source) respektive låg (sink) nivå. How much current can an I/O source or sink? If I am driving a certain load, what voltage can I expect Figur från CPLD I/O User Guide: Figuren visar att om utgången har hög nivå och om VccIO= 3.3 V så kan den driva 18 ma. Spänningsnivån blir då 3.0 V på utgången. Se den röda markeringen i figuren. (Den interna effektutvecklingen blir i detta fall 3.0V*18 ma= 54 mw.)

12 2012 CR:12 Figuren visar att om utgången har låg nivå så kan den sänka 21 ma. Spänningsnivån blir då 0.5 V på utgången. Se den röda markeringen i figuren. Vid låg utsignal gäller samma drivförmåga oavsett VccIO. (Den interna effektutvecklingen blir i detta fall 0.5V*21 ma= 10.5 mw.) Hur många utgångar som kan drivas är beroende på hur mycket effekt den aktuella kretsen tål. En kapsel av typ PC44 tål ca 1.5 W och kan alltså driva: Ca 1500/10,5 = 142 utgångar vid låg nivå Ca 1500/54 = 27 utgångar vid hög nivå (se CPLD I/O User Guide, sid 15-16)

13 2012 CR:13