FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的缩写，即现场可编程门阵列。FPGA 利用它的现场可编程特性，将原来的电路板级产品集成为芯片级产品，具有缩小体积、缩短系统研制周期、方便系统升级等优点，同时兼具容量大、逻辑功能强、速度快和高可靠性的特点；在数字系统设计中可以完全由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能。本文研究的对象是 Altera 公司推出的一款 FLEX10K 系列芯片，通过分析该芯片的工作原理和使用特性，设计一个基于 FLEX10K 芯片的最小系统。

一、复位和晶振电路设计

一个芯片，尤其是可编程芯片，通常在上电的瞬间需要一个短暂的时间进行内部参数的初始化，这个时候芯片无法立即进入工作状态。通常称上电初始化这些工作为复位，完成这个功能的电路称为复位电路。本 FPGA 芯片使用的是低电平复位，支持上电复位和手动复位，RESET 按下之后产生低电平，电路原理如图 1 所示。

图 1　复位电路原理

晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类：无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围电路；有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。本 FPGA 芯片采用 50 MHz 的有源贴片晶振作为芯片工作的时钟输入，电路原理如图 2 所示。

图 2　晶振电路原理

二、蜂鸣器电路设计

蜂鸣器电路很简单，需要说明的是开发板上使用的是高品质蜂鸣器，需要脉冲控制其发声。电路图中的晶体管当作开关来使用，当 I/O 提供的驱动能力不够时，晶体管能增强驱动能力，该电路为低电平有效，原理如图 3 所示。

图 3　蜂鸣器电路原理