Einstieg in FPGA/CPLD

Mit nem normalen CPLD wirst du dabei aber an die Grenzen stoßen.

Für 90 PWM a 16 Bit brauchst du alleine für die Komparatoren 1440 
Register. Dazu kommt dann noch der Counter mit 16 Registern und das SPI 
und dann nen entpsrechenden fetten Multiplexer, der die die Daten des 
SPI auf das jeweilige Komparatorregister schaltet.

Also der von dir vorgeschlagene Typ könnte gehen, aber viel Luft nach 
oben hast dann nicht mehr.

Schau dir mal von Lattice den XP2 an. Den gibt es mit 5k LUT im TQPF 144 
Package. 100 IOs und 5000 Register UND du brauchst kein externes 
Boot-Device.
Der scheint mir für deine Anwendung geeigneter zu sein.
Kostet im Lattice Online Store 13 USD

Thomas T. schrieb:
> a, das wäre machbar. Einfacher wäre aber wohl ein kleines Flashrom,
> welches automatisch bei jedem Start die Konfiguration überträgt.
> Bedenke: maximal 3,3V beim FPGA. 5V nur über Pegelwandler...

3.3V sind nicht das Problem, da meine AVR's auch mit 3.3V laufen.

>Schau dir mal von Lattice den XP2 an. Den gibt es mit 5k LUT im TQPF 144
>Package. 100 IOs und 5000 Register UND du brauchst kein externes
>Boot-Device.

Mach ich auf jeden Fall.
Habt ihr vielleicht einen Link auf ein gutes Devboard, das nicht zu 
teuer ist ?
Denn alle die ich gesehen habe haben jede Menge sachen drauf die ich 
garnicht brauche(Ethernet/USB usw.).
Also das meine Grundüberlegung funktionierd finde ich schon mal gut.
Welche Frequenz/Auflösung währe da denn maximal drin ?
Also Auflösung @1kHz oder Frequenz@16bit , nur damit ich das ein wenig 
abschätzen kann.

Wenn du dich für nen XP2 von Lattice entscheidest, dann käme vielleicht 
dieses Board in Frage:

http://www.latticesemi.com/products/developmenthardware/developmentkits/xp2brevia2developmentkit.cfm

Mit der Einschränkung, dass dir nur 40 IOs zur Verfügung stehen (Als 
Pfostentecker). Aber zum Ausprobieren sollte das ja reichen.

Wenn du den Chip dann wirklich verwenden willst, musst du aber bedenken, 
dass du dann noch eine Zusätzliche 1,2V Versorgung für den Core 
brauchst. Das ist aber bei den meisten FPGAs so.

Abschätzung des Speeds:

1 kHz PWM mit 16 Bit Auflösung:

1 kHz * 2^16 = 65,5 MHz

Dein Counter muss also mit 65,5 MHz laufen. Das ist eine 
Geschwindigkeit, die mit einem FPGA problemlos machbar ist.

Also das Board sieht gut aus.
Da mir der preis auch zusagt werde ich das Teil woll mal bestellen.
Giebts auser den verschiedenen Spannungen noch was zu beachten ?

Dominik Thalhammer schrieb:
> Giebts auser den verschiedenen Spannungen noch was zu beachten ?

Na ja beim Board selber denke ich nicht, was deine Anwendung angeht.
Aber wenn du noch nie was mit VHDL gemacht hast, dann wirst du sicher 
noch über viele Hürden müssen, bis das dann alles funktioniert :-)

Statt dem XP2 würde ich den MachXO2-7000 vorschlagen.
das MachXO2 Breakout Board ist jetzt damit bestückt:

http://www.latticesemi.com/products/developmenthardware/developmentkits/machxo2breakoutboard.cfm

Auf dem Board stehen mehr als 100 pins des FPGAs auf den Pfostenleisten 
zur Verfügung.

Lattice User schrieb:
> Statt dem XP2 würde ich den MachXO2-7000 vorschlagen.

da ist aber der 1200er bestückt und in den werden seine 90 PWM´s auch 
nicht reinpassen.
Aber klar, das Board ist sicher auch eine gute Alternative, um mal in 
die Thematik den Einstieg zu bekommen.

Schlumpf schrieb:
>
> da ist aber der 1200er bestückt und in den werden seine 90 PWM´s auch
> nicht reinpassen.

Seit Januar ist der 7000er bestückt.

Lattice User schrieb:
> Seit Januar ist der 7000er bestückt.

Fett :-)
Dann würde ich auf jeden Fall auch dieses Board nehmen!

Das Board von Steffen ist sicher ein absolutes Schnäppchen.
Nur brauchst du bei dem noch einen Programmer, während du bei den 
anderen direkt mit nem USB-Kabel ran kannst.

Wenn du aber eh irgendwann den Chip selber auf deiner Leiterplatte 
setzen willst, dann brauchst da auch ein Programmierkabel. Daher wäre 
das nur eine vorgezogene Anschaffung.

Das Board von Steffen ist mit einem FPGA bestückt, der leider schon sehr 
alt ist. Was aber nicht heißen soll, dass man damit nicht arbeiten kann.

Wie du siehst, gibt es einige Möglichkeiten.

Steffen H. schrieb:
> Der ist schnell selber gebaut, zumindest wenn man noch irgenwie einen
> LPT zur Verfügung hat.

Also nen LPT hab ich nicht mehr, aber da das ganze ja über JTAG 
programmiert wird finden sich bestimmt selbstbauprojekte mit nem kleinen 
Atmel aus der Bastelkiste, die dann mit USB oder zumindest RS232 gehen.

Die verschiedenen Board's schau ich mir mal an, aber ob 20€ plus 
selbstbauadapter oder 50$ mit onboard adapter macht jetzt auch nicht den 
großen Unterschied. Mit günstig meinte ich eigentlich so <75€, weil 
alles was ich gefunden hab hatte MINDESTENS Ethernet und USB, teilweise 
LVDS und ne menge anderen Krimskrams den ich nicht brauchen kann.

Eine Frage hab ich aber noch:
Welchen Strom können die I/O's der Xillinix FPGA's liefern ?
Bei den Atmels sind es ja bekanntlich 20mA pro I/O oder 200mA pro Port, 
aber bei den FPGA's konnt ich beim überfliegen des Datenblatts nichts 
finden.

Dominik Thalhammer schrieb:
> Welchen Strom können die I/O's der Xillinix FPGA's liefern ?

Willst jetzt also doch zurück zu Xilinx?
Wieviel der liefern kann, weiss ich auch nicht.
Aber wenn du mal 90 PWMs hast, die beim Nulldurchgang alle gleichzeitig 
schalten, dann würde ich dir empfehlen, den Strom gering zu halten.
Sonst kann es passieren, dass dein FPGA nicht schnell genug 
"nachschieben" kann und das kann unschöne Effekte auf dem Board haben.

Weiterhin darfst du natürlich den Summenstrom für eine Bank nicht 
überschreiten.

Schlumpf schrieb:
> Willst jetzt also doch zurück zu Xilinx?

Ne hab mich vertan, meinte natürlich die von Lattice.

Lattice User schrieb:
> Statt dem XP2 würde ich den MachXO2-7000 vorschlagen.
> das MachXO2 Breakout Board ist jetzt damit bestückt:
>
> http://www.latticesemi.com/products/developmenthar...
>
> Auf dem Board stehen mehr als 100 pins des FPGAs auf den Pfostenleisten
> zur Verfügung.

und ich hab das vor ein paar Monaten noch von Hand umgelötet...

Dominik Thalhammer schrieb:

> Eine Frage hab ich aber noch:
> Welchen Strom können die I/O's der Lattice FPGA's liefern ?

Bei LVCMOS33 einstellbar von 4-24 mA pro Pin.
Aber zwischen je 2 GND Pins darf die Summe n*8 mA sein, wobei n die Zahl 
der Pins zwischen den GND ist.

Also ganz allgemein, bei vielen Outputs maximal 8 mA pro Output.

Wie auch schon Schlumpf oben erwähnt, alle gleichzeitig zu schalten ist 
kritisch. Im Diamond gibt es Tools zur Power und SSO Analyse. (SSO = 
Simultanous Switching Outputs).

Bei 90 PWMs ist es sinnvoll diese alle Phasenverschoben anzusteuern, 
macht sich sicher auch bei der Störabstrahlung der nachgeschalteten 
Schaltung positiv bemerkbar. Was ist das eigentlich, 90 Motoren oder 90 
LEDs?

Es Handelt sich um 30 RGB LEDs.
die brauchen nur einen Zähler.

Dominik Thalhammer schrieb:
> Es Handelt sich um 30 RGB LEDs.
> die brauchen nur einen Zähler.

Und ist es da tatsächlich notwendig, jede LED einzeln und dann auch noch 
mit 16 Bit pro Farbe anzusteuern?

Irgenwie scheinen mir deine Anforderungen ein wenig an den Haaren 
herbeigezogen zu sein..
Warum 1kHz PWM-Frequenz? Gibt es dafür eine Notwendigkeit, oder hast du 
Angst, dass man bei niedrigeren Frequenzen ein Flackern sehen könnte?

Wie hell sollen denn diese LEDs wirklich leuchten?

ich habe mal eine einzelne RGB Led mit PWM vom FPGA angesteuert. Und 
zwar direkt,  d.h. PIN -> LED -> 300 Ohm -> 3.3V.
Das sind je nach Farbe ca 1-2 mA pro EinzelLED und war bereits bei voll 
aufgedrehter PWM viel zu hell für einen Betrachtungsabstand von 1-2 m.

Ja die 90 Led's müssen sein,
Nein sie werden nicht direkt angeschlossen sondern über Transistoren,
Ja die 16bit müssen sein,(ergeben nach Gammakorrektur 8bit)
Ja die 1kHz müssen sein, da ich festgestellt hab, das es bei 500Hz und 
niedrigen werten schon recht stark flackert(probiert auf einem 
atxmega32a4@32Mhz--->~488 Hz PWM Frequenz)
Ja ich will ein FPGA verwenden, um mich damit vertraut zu machen und um 
sowas mal auszuprobieren.
Nein ich verwende keine Einzelnen LED's sondern Solche LED STreifen zum 
aufkleben.
Die 30 RGB Kanäle brauche ich auch, da die LED's über einen ganzen Raum 
verteilt werden und gleichzeitig als Beleuchtung und Partylicht dienen, 
das ich möglichst genau einstellen können will, ausserdem ist es mal ein 
interressantes Projekt.

Na du hast dir ja die Gründe für deine Anforderungen gut überlegt.
War ja nur ne Frage, weil viele hier einfach was fordern und sich nicht 
bewusst sind, dass das total überzogen ist.
Aber wenn deine LEDs bei 500 Hz sichtbar flackern, dann musst du eben 
mit 1kHz ran.  Meine Augen sind nicht so schnell, aber da ist sicher 
jeder anders.

Ja, dann sind ja deine Fragen eigentlich beantwortet, und du kannst 
loslegen.

Ich denke, dass wir wieder von dir lesen werden, wenn es ans 
synthetisieren geht und dein SPI mal tut und mal nicht tut ;-)
Aber wenn es dir darum geht, in eine neue Technik einzusteigen, dann ist 
dieses Projekt sicher kein schlechter Einsteig in die FPGA-Welt.

Viel Spass beim Basteln!

Dominik Thalhammer schrieb:
> Nein sie werden nicht direkt angeschlossen sondern über Transistoren,
> Ja die 16bit müssen sein,(ergeben nach Gammakorrektur 8bit)

Verstehe ich das richtig, daß Du den Duty-Cycle in Schritten à 15ns (1 / 
(65536*1kHz) ) auflösen willst?
Sind die Transistoren dafür schnell genug?
Kann mich ja täuschen, aber ich habe da scheußlich verschliffene 
Oszi-Bilder von zu hoch getakteten PWM-Motortreibern im Kopf...

Lothar Miller schrieb:
> Kurz: es ist ein hübsches Projekt, aber für eine Raumbeleuchtung
> maximaler technischer Overkill.

Vielleicht, aber für die mehrfeatures meiner meinung nach durchaus ok, 
denn bei einer Normalen Lösung (8bit PWM lässt sich ja leicht in 
Software auf nem AVR realisieren) bräuchte ich auch mindestens 2 avr's, 
alleine schon wegen der Pins und preislich geben sich 2x AVR vs FPGA + 
avr nicht viel, sodass ich lieber die Lösung mit FPGA nehm und dafür 
dann im AVR ein Interface mit jeder Menge Schnittstellen basteln 
kann(beim kleinsten Xmega schon 5xRS232, 2xI2C und 2xSPI(von denen einer 
für den FPGA drauf geht.).
An den zweiten SPI häng ich dann ne SDCard mit vordefinierten 
Farbverläufen usw, an einen UART kommt die Hausautomation usw.

Bronco schrieb:
> Verstehe ich das richtig, daß Du den Duty-Cycle in Schritten à 15ns (1 /
> (65536*1kHz) ) auflösen willst?
> Sind die Transistoren dafür schnell genug?

Also laut Datenblatt machen die von mir eingeplanten BC817 min. 100MHz 
mit, sollte also kein Problem sein.
(Quelle:http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BC817_BC817W_BC337.pdf
Seite 5)
> Kann mich ja täuschen, aber ich habe da scheußlich verschliffene
> Oszi-Bilder von zu hoch getakteten PWM-Motortreibern im Kopf...

Ka vermutlich ist das bei deinen Treibern anders.

//Sorry für den doppelt Post, aber du hast zu spät gepostet.

Georg W. schrieb:
> Dominik Thalhammer schrieb:
>> Ja die 16bit müssen sein,(ergeben nach Gammakorrektur 8bit)
>
> Dann kannst du doch erst die Korrektur anwenden und danach die
> korrigierten Werte in die PWM laden?

Dominik hat das wohl etwas unglücklich ausgedrückt. Nach der 
Gammakorrektur braucht man mehr Bits, sonst verschenkt man 
Eingangsauflösung. Wobei ich aber auch der Meinung bin, dass 16 bit 
nicht nötig sind. Wenn der Eingangswert 8 Bit (d.h. 256 
Helligkeitstufen)
reichen nach der Gammakorrektur auf jedem Fall 12 bits, wahrscheinlich
sogar 10. Auch Profimonitore machen da nicht mehr.

> Damit würde sie auch mit weniger
> Auflösung auskommen, was den ganzen Rattenschwanz mit den hohen
> Taktfrequenzen und schnellen Signalen entschärfen würde. Du hast ja eine
> Verkabelung durch den ganzen Raum welche die hochfrequenten Signale u.U.
> abstrahlt. Da ist es dann auch besser wenn die Transistoren nicht zu
> schnell schalten, das reduziert die Abstrahlung auf Kosten der
> Verlustleistung.

Moment, die PWM Frequenz ist von der Auflösung unabhängig, und damit 
auch die Störstrahlung und Verlustleistung. Nur an beiden Ende der Skala 
entstehen Nichtlinearitäten wenn Transistor/LED zu langsam sind, was man 
aber in der Gammatabelle berücksichtigen kann.

In der vorliegenden Anwendung wird die Auflösung auch nicht gebraucht um 
Genauigkeit zu erzielen, auf mehr als 6 bit wird niemand die Farben 
unterscheiden können. Hier geht es darum, dass man beim langsamen auf- 
und abdimmen keine Helligkeitssprünge sieht, und dafür sind 8 bit ohne 
Gammakorrektur nicht ausreichend.

Lattice User schrieb:
> Moment, die PWM Frequenz ist von der Auflösung unabhängig, und damit
> auch die Störstrahlung und Verlustleistung. Nur an beiden Ende der Skala
> entstehen Nichtlinearitäten wenn Transistor/LED zu langsam sind, was man
> aber in der Gammatabelle berücksichtigen kann.

Nur so am Rande:
Ich hatte da mal eine Schaltung mit einem BTM7751 Motortreiber. Der kann 
laut Datenblatt eine PWM-Frequenz bis max. 1kHz.
Nun hatte ich einen Motor, für den 20kHz empfohlen wurden.
Hab mal aus Spaß versucht, die 20kHz mit dem BTM7751 darzustellen.
Dabei ist der Dutycycle total weggelaufen, d.h. bei 50% Soll kamen noch 
vielleicht 20-30% Ist raus, und diese waren heftigst verschliffen.

Bronco schrieb:
> Lattice User schrieb:
>> Moment, die PWM Frequenz ist von der Auflösung unabhängig, und damit
>> auch die Störstrahlung und Verlustleistung. Nur an beiden Ende der Skala
>> entstehen Nichtlinearitäten wenn Transistor/LED zu langsam sind, was man
>> aber in der Gammatabelle berücksichtigen kann.
>
> Nur so am Rande:
> Ich hatte da mal eine Schaltung mit einem BTM7751 Motortreiber. Der kann
> laut Datenblatt eine PWM-Frequenz bis max. 1kHz.
> Nun hatte ich einen Motor, für den 20kHz empfohlen wurden.
> Hab mal aus Spaß versucht, die 20kHz mit dem BTM7751 darzustellen.
> Dabei ist der Dutycycle total weggelaufen, d.h. bei 50% Soll kamen noch
> vielleicht 20-30% Ist raus, und diese waren heftigst verschliffen.

Klar, da war der Treiber ja schon viel zu langsam für die PWM Frequenz. 
Das ist aber im vorliegendem Fall der LED Ansteuerung bei weitem nicht 
der Fall. Natürlich wird in den Endpunkten trotz Korrektur die 
Genauigkeit leiden, schon alleine wegen der Bauteiletoleranzen, vor 
allem hfe des Transistors. Wird vermutlich trotzdem gut genug sein.