FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA的開發(fā)相對于傳統(tǒng)PC、單片機的開發(fā)有很大不同。FPGA以并行運算為主，以硬件描述語言來實現(xiàn);相比于PC或單片機(無論是馮諾依曼結構還是哈佛結構)的順序操作有很大區(qū)別，也造成了FPGA開發(fā)入門較難。目前國內有專業(yè)的FPGA外協(xié)開發(fā)廠家，開發(fā)展基本電路如下：

蜂鳴器電路如圖3.47所示。FM信號由FPGA的I/O口控制。當FM為高電平時，Q1的BE導通，則CE導通，蜂鳴器的5V和GND形成回路，發(fā)出聲音。當FM為低電平時，Q1的BE斷開，則CE斷開，蜂鳴器的5V和GND斷開，因此沒有電流流過蜂鳴器，蜂鳴器便不發(fā)聲。在后面的實驗中，我們可以使用PWM信號，即以固定的時高時低的電平控制Q1的導通與否，然后達到蜂鳴器的時斷時開，人耳聽到的便是不同頻率的聲響。

圖3.47 蜂鳴器驅動電路

8個LED指示燈的電路如圖3.48所示，他們公共端接電源3.3V，另一端連接FPGA的I/O口。若輸出高電平，LED熄滅;若輸出低電平，則LED點亮。這8個LED的接口是與數(shù)碼管的段選信號復用的。

圖3.48 8個LED指示燈電路

3位的撥碼開關電路如圖3.49所示。

圖3.49 撥碼開關電路

如圖3.50，我們可以對照實物，默認3個撥碼開關應該都是撥向左側(即1、2、3標記側)，在電路圖上就是VCC3.3上拉一側。就是說，默認情況下，3個連接FPGA的I/O口的信號SW_MODE1、SW_MODE2、SW_MODE3均為高電平。若撥碼開關被撥到右側(即標記ON側)，則采集到的輸入就是低電平了。[!--empirenews.page--]

圖3.50 撥碼開關實物照片

數(shù)碼管電路如圖3.51所示。SEG_CS0、SEG_CS1、SEG_CS2、SEG_CS3這4個信號對應控制數(shù)碼管4位顯示的片選信號，低電平有效，若4個片選信號都為0，則4位數(shù)碼管都能點亮顯示。LED0-7則也被復用為數(shù)碼管的段選信號，控制一個數(shù)碼管的對應段LED的亮滅狀態(tài)，這一組信號對于4位的數(shù)碼管是共用的。在實際控制時，我們一般會分時點亮需要顯示的各個位數(shù)碼管，只要時間控制得合理，人眼是很容易被“蒙騙”的，我們很容易就能看到4個不同的數(shù)字顯示在數(shù)碼管上。

圖3.51 數(shù)碼管驅動電路

A/D芯片的電路如圖3.52所示。它通過一個單向(從A/D芯片到FPGA)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟PI接口與FPGA相連。FPGA通過這組SPI接口讀取當前模擬電壓值。為了得到不同的模擬電壓值，我們的板子在A/D芯片的模擬輸入端設置了一個3.3V的分壓電阻，當跳線帽連接了P3的1-2引腳時，調節(jié)可變電阻R24的阻值便能改變當前A/D采樣的數(shù)據(jù)。跳線帽若連接P3的2-3引腳，則AD芯片的輸入模擬電壓來自于D/A芯片的當前輸出。

圖3.52 A/D芯片驅動電路

D/A轉換電路如圖3.53所示。這個D/A芯片通過I2C接口與FPGA連接，F(xiàn)PGA通過這組I2C接口輸出數(shù)據(jù)，相應D/A芯片的VOUT輸出模擬電壓值。若跳線帽連接P2的1-2引腳，則不同的模擬電壓值輸出驅動D9指示燈呈現(xiàn)不同的亮度。

圖3.53 D/A芯片驅動電路

FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯器件)產(chǎn)品的應用領域已經(jīng)從原來的通信擴展到消費電子、汽車電子、工業(yè)控制、測試測量等廣泛的領域。而應用的變化也使FPGA產(chǎn)品近幾年的演進趨勢越來越明顯：一方面，F(xiàn)PGA供應商致力于采用當前最先進的工藝來提升產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品的成本;另一方面，越來越多的通用IP(知識產(chǎn)權)或客戶定制IP被引入 FPGA中，以滿足客戶產(chǎn)品快速上市的要求。此外，F(xiàn)PGA企業(yè)都在大力降低產(chǎn)品的功耗，滿足業(yè)界越來越苛刻的低功耗需求。