Texas Instruments Xilinx UG230 User manual

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Spartan-3E FPGA
Starter Kit Board
User Guide
UG230 (v1.2) January 20, 2011

Spartan-3E FPGA Starter Kit Board User Guide www.xilinx.com UG230 (v1.2) January 20, 2011
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Revision History
The following table shows the revision history for this document.
Date Version Revision
03/09/06 1.0 Initial release.
06/20/08 1.1 Clarified DTE connections in Figure 7-1. Updated links.
01/20/11 1.2 Corrected Platform Flash disable polarity. Updated links.
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UG230 (v1.2) January 20, 2011
Preface: About This Guide
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Guide Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Additional Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Chapter 1: Introduction and Overview
Choose the Starter Kit Board for Your Needs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Spartan-3E FPGA Features and Embedded Processing Functions . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Advanced Spartan-3 Generation Development Boards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Key Components and Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Design Trade-Offs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Configuration Methods Galore! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Voltages for all Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Chapter 2: Switches, Buttons, and Knob
Slide Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Locations and Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
UCF Location Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Push-Button Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Locations and Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
UCF Location Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Rotary Push-Button Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Locations and Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Push-Button Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Rotary Shaft Encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
UCF Location Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Discrete LEDs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Locations and Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
UCF Location Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Chapter 3: Clock Sources
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Clock Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Voltage Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
50 MHz On-Board Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Auxiliary Clock Oscillator Socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Table of Contents

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SMA Clock Input or Output Connector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
UCF Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Clock Period Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Chapter 4: FPGA Configuration Options
Configuration Mode Jumpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
PROG Push Button. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
DONE Pin LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Programming the FPGA, CPLD, or Platform Flash PROM via USB . . . . . . . . . . . 29
Connecting the USB Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Programming via iMPACT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Programming Platform Flash PROM via USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Generating the FPGA Configuration Bitstream File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Generating the PROM File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Programming the Platform Flash PROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Chapter 5: Character LCD Screen
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Character LCD Interface Signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Voltage Compatibility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Interaction with Intel StrataFlash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
LCD Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Memory Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
DD RAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
CG ROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
CG RAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Command Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Disabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Clear Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Return Cursor Home . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Entry Mode Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Display On/Off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Cursor and Display Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Function Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Set CG RAM Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Set DD RAM Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Read Busy Flag and Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Write Data to CG RAM or DD RAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Read Data from CG RAM or DD RAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Four-Bit Data Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Transferring 8-Bit Data over the 4-Bit Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Initializing the Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Power-On Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Display Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

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Writing Data to the Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Disabling the Unused LCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Chapter 6: VGA Display Port
Signal Timing for a 60 Hz, 640x480 VGA Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
VGA Signal Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Chapter 7: RS-232 Serial Ports
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Chapter 8: PS/2 Mouse/Keyboard Port
Keyboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Mouse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Voltage Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Chapter 9: Digital to Analog Converter (DAC)
SPI Communication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Interface Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Disable Other Devices on the SPI Bus to Avoid Contention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
SPI Communication Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Communication Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Specifying the DAC Output Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
DAC Outputs A and B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
DAC Outputs C and D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Chapter 10: Analog Capture Circuit
Digital Outputs from Analog Inputs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Programmable Pre-Amplifier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Programmable Gain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
SPI Control Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
UCF Location Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Analog to Digital Converter (ADC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
SPI Control Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
UCF Location Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Disable Other Devices on the SPI Bus to Avoid Contention . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Connecting Analog Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

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Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Chapter 11: Intel StrataFlash Parallel NOR Flash PROM
StrataFlash Connections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Shared Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Character LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Xilinx XC2C64A CPLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
SPI Data Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Setting the FPGA Mode Select Pins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Chapter 12: SPI Serial Flash
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Configuring from SPI Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Setting the FPGA Mode Select Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Creating an SPI Serial Flash PROM File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Setting the Configuration Clock Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Formatting an SPI Flash PROM File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Downloading the Design to SPI Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Downloading the SPI Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Attach a JTAG Parallel Programming Cable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Insert Jumper on JP8 and Hold PROG_B Low . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Additional Design Details. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Shared SPI Bus with Peripherals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Other SPI Flash Control Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Variant Select Pins, VS[2:0] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Jumper Block J11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Programming Header J12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Multi-Package Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Chapter 13: DDR SDRAM
DDR SDRAM Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Reserve FPGA VREF Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Chapter 14: 10/100 Ethernet Physical Layer Interface
Ethernet PHY Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
MicroBlaze Ethernet IP Cores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Spartan-3E FPGA Starter Kit Board User Guide www.xilinx.com 7
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UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Chapter 15: Expansion Connectors
Hirose 100-pin FX2 Edge Connector (J3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Voltage Supplies to the Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Connector Pinout and FPGA Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Compatible Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Mating Receptacle Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Differential I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Using Differential Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Using Differential Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
UCF Location Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Six-Pin Accessory Headers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Header J1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Header J2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Header J4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Connectorless Debugging Port Landing Pads (J6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Chapter 16: XC2C64A CoolRunner-II CPLD
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
FPGA Connections to CPLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
CPLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Chapter 17: DS2432 1-Wire SHA-1 EEPROM
UCF Location Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Related Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Appendix A: Schematics
FX2 Expansion Header, 6-pin Headers, and Connectorless Probe Header . . . . 134
RS-232 Ports, VGA Port, and PS/2 Port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Ethernet PHY, Magnetics, and RJ-11 Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
FPGA Configurations Settings, Platform Flash PROM, SPI Serial Flash, JTAG
Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
FPGA I/O Banks 0 and 1, Oscillators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
FPGA I/O Banks 2 and 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Power Supply Decoupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
XC2C64A CoolRunner-II CPLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Linear Technology ADC and DAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Intel StrataFlash Parallel NOR Flash Memory and Micron DDR SDRAM . . . 154
Buttons, Switches, Rotary Encoder, and Character LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

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UG230 (v1.2) January 20, 2011
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DDR SDRAM Series Termination and FX2 Connector Differential Termination 158
Appendix B: Example User Constraints File (UCF)

Spartan-3E FPGA Starter Kit Board User Guide www.xilinx.com 9
UG230 (v1.2) January 20, 2011
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Preface
About This Guide
This user guide provides basic information on the Spartan-3E FPGA Starter Kit board
capabilities, functions, and design. It includes general information on how to use the
various peripheral functions included on the board. For detailed reference designs,
including VHDL or Verilog source code, please visit the following web link.
•Spartan
®-3E FPGA Starter Kit Board Reference Page
http://www.xilinx.com/s3estarter
Acknowledgements
Xilinx wishes to thank the following companies for their support of the Spartan-3E FPGA
Starter Kit board:
• Intel Corporation for the 128 Mbit StrataFlash memory
• Linear Technology for the SPI-compatible A/D and D/A converters, the
programmable pre-amplifier, and the power regulators for the non-FPGA
components
• Micron Technology, Inc. for the 32M x 16 DDR SDRAM
• SMSC for the 10/100 Ethernet PHY
• STMicroelectronics for the 16M x 1 SPI serial Flash PROM
• Texas Instruments Incorporated for the three-rail TPS75003 regulator supplying most
of the FPGA supply voltages
• Xilinx, Inc. Configuration Solutions Division for the XCF04S Platform Flash PROM
and their support for the embedded USB programmer
• Xilinx, Inc. for the XC2C64A CoolRunner™-II CPLD
Guide Contents
This manual contains the following chapters:
•Chapter 1, “Introduction and Overview,” provides an overview of the key features of
the Spartan-3E FPGA Starter Kit board.
•Chapter 2, “Switches, Buttons, and Knob,” defines the switches, buttons, and knobs
present on the Spartan-3E FPGA Starter Kit board.
•Chapter 3, “Clock Sources,” describes the various clock sources available on the
Spartan-3E FPGA Starter Kit board.
•Chapter 4, “FPGA Configuration Options,” describes the configuration options for
the FPGA on the Spartan-3E FPGA Starter Kit board.

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UG230 (v1.2) January 20, 2011
Preface: About This Guide
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•Chapter 5, “Character LCD Screen,” describes the functionality of the character LCD
screen.
•Chapter 6, “VGA Display Port,” describes the functionality of the VGA port.
•Chapter 7, “RS-232 Serial Ports,” describes the functionality of the RS-232 serial ports.
•Chapter 8, “PS/2 Mouse/Keyboard Port,” describes the functionality of the PS/2
mouse and keyboard port.
•Chapter 9, “Digital to Analog Converter (DAC),” describes the functionality of the
DAC.
•Chapter 10, “Analog Capture Circuit,” describes the functionality of the A/D
converter with a programmable gain pre-amplifier.
•Chapter 11, “Intel StrataFlash Parallel NOR Flash PROM,” describes the functionality
of the StrataFlash PROM.
•Chapter 12, “SPI Serial Flash,” describes the functionality of the SPI Serial Flash
memory.
•Chapter 13, “DDR SDRAM,” describes the functionality of the DDR SDRAM.
•Chapter 14, “10/100 Ethernet Physical Layer Interface,” describes the functionality of
the 10/100Base-T Ethernet physical layer interface.
•Chapter 15, “Expansion Connectors,” describes the various connectors available on
the Spartan-3E FPGA Starter Kit board.
•Chapter 16, “XC2C64A CoolRunner-II CPLD” describes how the CPLD is involved in
FPGA configuration when using Master Serial and BPI mode.
•Chapter 17, “DS2432 1-Wire SHA-1 EEPROM” provides a brief introduction to the
SHA-1 secure EEPROM for authenticating or copy-protecting FPGA configuration
bitstreams.
•Appendix A, “Schematics,” lists the schematics for the Spartan-3E FPGA Starter Kit
board.
•Appendix B, “Example User Constraints File (UCF),” provides example code from a
UCF.
Additional Resources
To find additional documentation, see the Xilinx website at:
http://www.xilinx.com/support/documentation/index.htm
To search the Answer Database of silicon, software, and IP questions and answers, or to
create a technical support WebCase, see the Xilinx website at:
http://www.xilinx.com/support.