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矩陣鍵盤(pán)鍵入系統設計

實(shí)驗任務(wù)任務(wù)：基于 STEP-MAX10M08核心板和 STEP BaseBoard V3.0底板設計矩陣鍵盤(pán)鍵入系統并觀(guān)察調試結果要求：按動(dòng)矩陣鍵盤(pán)按鍵，通過(guò)核心板上的數碼管顯示按鍵的鍵值。解析：通過(guò)FPGA編程驅動(dòng)矩陣鍵盤(pán)電路，獲取矩陣鍵盤(pán)鍵入的信息，然后通過(guò)編碼將鍵盤(pán)輸出的信息譯碼成對應的鍵值信息，最后通過(guò)驅動(dòng)核心板獨立數碼管，將鍵盤(pán)按鍵的鍵值顯示在數碼管上。實(shí)驗目的在基礎數字電路實(shí)驗部分我們已經(jīng)掌握了FPGA驅動(dòng)獨立顯示數碼管的原理及方法，掌握了有限狀態(tài)機的設計實(shí)現思想，本實(shí)驗主要學(xué)習矩陣鍵盤(pán)
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基于STEP FPGA的SPI RGB液晶屏顯示驅動(dòng)

硬件說(shuō)明我們的STEP-BaseBoard底板上集成了1.8寸彩色液晶屏TFT_LCD模塊，大家可以驅動(dòng)LCD顯示文字、圖片或動(dòng)態(tài)的波形。首先了解一下液晶屏模塊，相關(guān)資料下載：https://pan.baidu.com/s/1bp6AYsR框圖如下：原理圖如下：原理圖中的器件U1為液晶屏，液晶屏為1.8寸，128RGB160像素，串行總線(xiàn)（SPI），液晶屏集成了ST7735S的驅動(dòng)器，處理器與ST7735S通信完成液晶屏的顯示控制ST7735S為132RGBx162像素點(diǎn)262K控制器/驅動(dòng)器，芯片可以直
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基于STEP FPGA的8色VGA功能驅動(dòng)

硬件說(shuō)明VGA（video graphics array）即視頻圖形陣列，是IBM在1987年隨PS/2一起推出的使用模擬信號的一種視頻傳輸標準。VGA接口分公口和母口，如下圖：VGA接口引腳定義如下：一個(gè)標準的VGA接口應該有以下端口：紅綠藍三色信號（RGB）行場(chǎng)同步信號（HSVS）以及很多的地屏蔽；三色信號都是模擬信號，行場(chǎng)同步信號都是數字信號；對于VGA的接口模擬電壓，為0~0.714V，0代表無(wú)色，0.714代表滿(mǎn)色，FPGA輸出3.3V，所以還必須要經(jīng)過(guò)DAC的轉換?，F今有兩種比較成熟的方法：電
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基于STEP FPGA的PCF8591的ADC（I2C）功能驅動(dòng)

硬件說(shuō)明PCF8591是集成了4路ADC和1路DAC的芯片，使用I2C總線(xiàn)通信。I2C總線(xiàn)是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線(xiàn)制同步串行總線(xiàn)。它只需要兩根線(xiàn)即可在連接于總線(xiàn)上的器件之間傳送信息。主器件用于啟動(dòng)總線(xiàn)傳送數據，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認為是從器件。如果主機要發(fā)送數據給從器件，則主機首先尋址從器件，然后主動(dòng)發(fā)送數據至從器件，最后由主機終止數據傳送；如果主機要接收從器件的數據，首先由主器件尋址從器件，然后主機接收從器件發(fā)送的數據，最后由主機終止接收過(guò)程。這里不
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基于STEP FPGA的PCF8591的DAC（I2C）功能驅動(dòng)

硬件說(shuō)明PCF8591是集成了4路ADC和1路DAC的芯片，使用I2C總線(xiàn)通信。I2C總線(xiàn)是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線(xiàn)制同步串行總線(xiàn)。它只需要兩根線(xiàn)即可在連接于總線(xiàn)上的器件之間傳送信息。主器件用于啟動(dòng)總線(xiàn)傳送數據，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認為是從器件。如果主機要發(fā)送數據給從器件，則主機首先尋址從器件，然后主動(dòng)發(fā)送數據至從器件，最后由主機終止數據傳送；如果主機要接收從器件的數據，首先由主器件尋址從器件，然后主機接收從器件發(fā)送的數據，最后由主機終止接收過(guò)程。這里不
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基于STEP FPGA的UART串口通信模塊驅動(dòng)

硬件說(shuō)明通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱(chēng)作UART，是一種通用串行數據總線(xiàn)，用于異步通信。該總線(xiàn)雙向通信，可以實(shí)現全雙工傳輸和接收。異步通信以一個(gè)字符為傳輸單位，通信中兩個(gè)字符間的時(shí)間間隔多少是不固定的，然而在同一個(gè)字符中的兩個(gè)相鄰位間的時(shí)間間隔是固定的。兩個(gè)相鄰位間的時(shí)間間隔與UART通信的波特率有關(guān)，波特率用來(lái)表征UART通信中數據傳輸的速率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數。例如數據傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)字符為1
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基于STEP FPGA的PS2鍵盤(pán)驅動(dòng)

硬件說(shuō)明我們的STEP-BaseBoard底板上集成了PS2鍵盤(pán)的接口，可以供大家連接PS2鍵盤(pán)或PS2鼠標完成相應設計，接下來(lái)我們來(lái)了解PS2接口的硬件連接及PS2鍵盤(pán)的驅動(dòng)方法。PS2接口連線(xiàn)非常簡(jiǎn)單，只需接4根線(xiàn)：4號引腳VCC接供電電源，一般為5V供電，后經(jīng)測試3.3V也可以3號引腳GND接地即可5號引腳時(shí)鐘線(xiàn)和1號引腳數據線(xiàn)為兩條雙向的信號線(xiàn)2號引腳和6號引腳為保留引腳，不需要連接當PS2鍵盤(pán)上有按鍵按動(dòng)或操作的時(shí)候，鍵盤(pán)會(huì )發(fā)信號給主機，PS2接口的時(shí)鐘信號和數據信號的時(shí)序如下圖：FPGA或主機
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傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能板

傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能模塊實(shí)物圖板卡簡(jiǎn)介STEP Sensor Card是STEP團隊推出的可配合小腳丫多種底板使用的擴展板卡，板載資源十分豐富，其中包括多種傳感器、168led點(diǎn)陣、flash存儲等多種功能，你可以用這個(gè)子卡來(lái)實(shí)現你各種各樣的新奇想法，像數字水平儀，溫度計，亮度檢測儀，你都可以用這個(gè)板卡去完成！板載資源：* 環(huán)境光傳感器BH1750FVI-TR * 溫度傳感器DS18B20Z * Flash閃存W25Q64FVSFIG * 陀螺儀MPU-6050 * 紅外對管，比較器LM393DR
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STEP FPGA驅動(dòng)溫度傳感器DS18B20Z

硬件說(shuō)明DS18B20是我們日常設計中常用的一款溫度傳感器芯片，只需要一根總線(xiàn)就可以實(shí)現通信，非常的方便，我們的STEP-BaseBoard底板上就集成了溫度傳感器DS18B20Z，下面我們就一起來(lái)學(xué)習一下它的硬件鏈接及驅動(dòng)方法。DS18B20Z只有一根總線(xiàn)，硬件電路非常簡(jiǎn)單，但是一定記得總線(xiàn)需要做上拉處理，如下圖總線(xiàn)上連接了10K（上拉電阻取值可以一定范圍內自行調整）的上拉電阻，另外我們使用FPGA驅動(dòng)，一定記得將FPGA對應的管腳同樣作上拉配置，重要的事情說(shuō)三遍，總線(xiàn)上拉，總線(xiàn)上拉，總線(xiàn)上拉。聊完硬件
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STEP FPGA驅動(dòng)基于74HC595的數碼管模塊

硬件說(shuō)明在前面之前的入門(mén)教程中數碼管獨立顯示章節已為大家介紹了數碼管獨立顯示的相關(guān)內容，關(guān)于獨立顯示這里就不在贅述。我們的底板上有6位數碼管，根據驅動(dòng)方法不同，有以下比較：獨立顯示：控制每個(gè)數碼管至少需要8個(gè)I/O口控制，6位數碼管就需要6*8 = 48根信號線(xiàn)才能分別顯示。獨立顯示實(shí)現簡(jiǎn)單，但是需要大量的信號線(xiàn)。掃描顯示：將每位數碼管的同一段選信號連接在一起，這樣我們就只需要8根段選信號和6根位選信號，共計14根信號。掃描顯示可以有效節約I/O口資源，實(shí)現起來(lái)稍顯復雜。我們小腳丫
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基于 STEP-MAX10M08核心板的簡(jiǎn)易電子琴設計

實(shí)驗任務(wù)任務(wù)：基于 STEP-MAX10M08核心板和 STEP BaseBoard V3.0底板完成簡(jiǎn)易電子琴設計并觀(guān)察調試結果要求：按動(dòng)矩陣鍵盤(pán)，驅動(dòng)底板無(wú)源蜂鳴器發(fā)出產(chǎn)生不同音調，彈奏一首《小星星》。解析：通過(guò)FPGA編程驅動(dòng)矩陣鍵盤(pán)電路，獲取矩陣鍵盤(pán)鍵入的信息，然后通過(guò)編碼將鍵盤(pán)輸出的信息譯碼成對應的音節數據，最后通過(guò)PWM發(fā)生模塊驅動(dòng)底板上的無(wú)源蜂鳴器發(fā)出聲音。實(shí)驗目的在基礎數字電路實(shí)驗部分我們已經(jīng)掌握了FPGA設計PWM信號發(fā)生器的原理及方法，上節實(shí)驗中又學(xué)習了矩陣鍵盤(pán)的驅動(dòng)原理及方法，本
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STEP FPGA驅動(dòng)無(wú)源蜂鳴器模塊

硬件說(shuō)明蜂鳴器的分類(lèi)：按其結構主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線(xiàn)圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過(guò)電磁線(xiàn)圈，使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線(xiàn)圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成，當接通電源后（1.5～15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。按是否帶有信號源
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基于STEP FPGA的旋轉編碼器電路驅動(dòng)

硬件說(shuō)明旋轉編碼器是用來(lái)測量轉速的裝置，因其人性化的操作被用于越來(lái)越多的電子設備中，旋轉編碼器有多種分類(lèi)：以編碼器工作原理可分為：光電式、磁電式和觸點(diǎn)電刷式。以碼盤(pán)刻孔方式不同分為：增量式和絕對式兩類(lèi)。關(guān)于以上各類(lèi)編碼器的區別，大家自行查閱資料，這里就不多做介紹了。我們STEP-BaseBoard底板上集成的EC11的旋轉編碼器就屬于增量式觸電電刷編碼器，其工作原理如下：如上圖所示，當順時(shí)針旋轉時(shí)A信號提前B信號90度相位，當逆時(shí)針旋轉時(shí)B信號提前A信號90度相位,FPGA接收到旋轉編碼器的A、B信號時(shí)，
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基于STEP FPGA的矩陣按鍵驅動(dòng)

硬件說(shuō)明在鍵盤(pán)中按鍵數量較多時(shí)，為了減少I(mǎi)/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，使用行線(xiàn)和列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，這樣我們就可以通過(guò)4根行線(xiàn)和4根列線(xiàn)（共8個(gè)I/O口）連接16個(gè)按鍵，而且按鍵數量越多優(yōu)勢越明顯。FPGA驅動(dòng)矩陣按鍵模塊，首先我們來(lái)了解矩陣按鍵的硬件連接：上圖為4×4矩陣按鍵的硬件電路圖，可以看到4根行線(xiàn)（ROW1、ROW2、ROW3、ROW4）和4根列線(xiàn)（COL1、COL2、COL3、COL4），同時(shí)列線(xiàn)通過(guò)上拉電阻連接到VCC電壓（3.3V），對于矩陣按鍵來(lái)講：4根行線(xiàn)是輸入的
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STEP-BaseBoard外設資源引腳分配說(shuō)明

本節將和大家一起了解STEP-Baseboard的資源及管腳分配的明細。STEP-Baseboard是我們針對小腳丫核心板設計的擴展板，集成了大量常見(jiàn)外設，同時(shí)兼容STEP-MXO2第二代和STEP-MAX10兩種小腳丫核心板，為開(kāi)發(fā)者提供更多選擇。為什么單獨將引腳分配拉出來(lái)作為單獨的一個(gè)章節呢，我們整個(gè)外設驅動(dòng)后續所有章節都是只講外設驅動(dòng)模塊的，在設計中往往只是作為其中的一個(gè)模塊，作為橋接系統與人機界面的模塊，很多引腳都是連接到系統的，無(wú)需分配管腳，所以就不在每個(gè)章節中談管腳分配的話(huà)題了，這里獨立一章同
關(guān)鍵字： STEP-Baseboard 小腳丫核心板 STEP-MXO2 STEP-MAX10 引腳分配