硬禾实战营PCB设计/FPGA编程扩展训练板

脑图

硬禾实战营基于过去三年的培训经验积累，特基于小脚丫FPGA核心模块定义、设计了一套综合训练用的扩展板，用于学员的PCB设计和FPGA应用的学习，同时也适用于高校学生的课程设计（模拟电路、数字电路、微机原理）、大学生电子设计竞赛的培训、参赛用模块等。

使用的PCB设计工具

KiCad

配套使用的小脚丫FPGA模块

小脚丫STEP-MAX10

小脚丫fpga平台 step-mxo2 -c

小脚丫fpga平台 step-mxo2 v2

方案框图

从该板的功能框图可以看出，该训练板可以用来提升学员如下的设计能力：

PCB设计 - 硬禾实战营的学员都要从零开始自己动手画一块扩展板，从建库、画原理图、PCB布局、布线、生成Gerber文件打板、生成BOM文件进行备料等整个流程。该扩展板上有各种封装的器件，有的元器件库可以从网上下载使用，有的需要自己阅读数据手册进行创建使用；

FPGA的应用及Verilog编程 - 核心板为小脚丫FPGA核心板，学员可以基于这个扩展板学习FPGA的典型应用以及Verilog的编程基础；

FPGA的外设扩展 - FPGA不止于Verilog编程，更重要的是要通过IO处理其它外设的信号，通过此扩展板的设计，让学员充分理解FPGA管脚的分配、资源有效利用等概念；

通用总线的工作原理、协议及逻辑构成 - 在本扩展板上我们放置了业界最常用到的SPI总线、PWM、UART、单总线、高速并行总线等，让学员在实际的项目中体会这些总线的应用场景、实现差异以及设计要点；

数据转换 - 我们特意选用了高速的DAC和串行ADC，让学员们了解数据转换器的构成原理以及时序控制方式。并通过ADC实现电压表、DAC实现DDS任意波形产生器这两种电赛中必考的项目来让学员掌握“电信号”的构成方式、基本参数等；

模拟电路 - 扩展板中加入了用运算放大器和三极管这些模拟电路中常用的器件，用于对输出的模拟信号进行电压放大或功率驱动，增强带负载的能力；

传感器接口及信号处理 - 在如今物联网的时代，越来越多的系统都带有传感器，因此传感器的接口及信号处理也成了电子系统的一个重要部分，在本扩展板上我们放置了最常用的温度传感器，并通过单线协议同FPGA的一根管脚进行连接，在FPGA内部通过数字逻辑实现信号的获取、数据转换等功能；

点阵显示屏的显示 - 将采集到的信息以文本或图形化的方式显示出来也是电子产品系统的重要功能，在本扩展板上我们使用了SPI串行接口的128*64点阵的OLED显示屏，学员可以通过FPGA的逻辑编程实现信息的文本或图形化显示；

同上位机的异步串行通信 - USB接口成了后PC时代最重要的数据传输通道，搭载在USB接口上的UART协议也就成了很多电子产品系统同上位机通信的性价比最高的一种方式。作为一种经典的异步串行通信协议，对UART构成原理的掌握会有助于学员未来处理好所有其它的串行接口 - USB、以太网、蓝牙等。在本扩展板上UART也是一种重要的人机交互的渠道，板上采集到的数据可以通过UART送到PC上进行处理、分析，我们想要调整的硬件参数也可以通过UART在PC上进行输入而在扩展板上生效。

设计文档

原理图

3D视图