Platine Digilent Basys 3 Artix-7

Seize interrupteurs, seize LED, un afficheur 7 segments, une sortie VGA et quatre ports Pmod, le tout piloté par un FPGA AMD/Xilinx Artix-7 programmable sous Vivado : la platine Basys 3 de Digilent réunit sur une seule carte de quoi mener un cours complet de logique numérique sans matériel additionnel. Sa richesse en périphériques embarqués et ses broches d'E/S libres en font une plateforme d'apprentissage et de prototypage à laquelle on revient projet après projet.

Spécifications visuelles de la carte FPGA Basys 3

Spécifications techniques

La Basys 3 s'articule autour d'un FPGA AMD/Xilinx Artix-7 (XC7A35T) comptant 33 280 cellules logiques réparties en 5 200 slices, soit 20 800 LUT à 6 entrées et 41 600 bascules. S'y ajoutent 90 tranches DSP, 225 Ko de Block RAM et cinq blocs de gestion d'horloge dotés chacun d'une PLL. Les vitesses d'horloge internes dépassent 450 MHz, et le FPGA intègre un convertisseur analogique-numérique XADC (double ADC 12 bits).

La configuration du FPGA est stockée dans une mémoire Flash série de 32 Mbit câblée en bus Quad-SPI. La carte reçoit un oscillateur unique à 100 MHz, qui alimente les MMCM et PLL du FPGA pour générer les horloges dérivées d'un design. Trois modes de configuration coexistent : le port USB-JTAG (étiqueté PROG), la Flash SPI, et une clé USB branchée sur le port hôte.

Le panel de périphériques embarqués est large : 16 interrupteurs à glissière, 16 LED, 5 boutons-poussoirs disposés en croix, un afficheur 7 segments à quatre digits et une sortie VGA 12 bits capable d'afficher 4 096 couleurs. Côté communication, la carte offre un pont USB-UART et un port USB HID hôte pour connecter clavier, souris ou clé mémoire. Quatre ports Pmod (trois standard à 12 broches, un quatrième à double usage XADC/standard) permettent d'étendre le montage avec des modules externes.

L'alimentation se fait par le port USB ou par une source externe de 5 V, la logique des E/S travaillant en 3,3 V. La carte mesure 2,8 × 4,8 pouces. La programmation s'effectue exclusivement sous AMD Vivado Design Suite, dont l'édition Standard est téléchargeable gratuitement, en VHDL ou en Verilog.

Basys 3 : ce qui la distingue

La force de la Basys 3 tient à son autonomie. Là où beaucoup de cartes FPGA exigent des accessoires pour faire quoi que ce soit d'intéressant, celle-ci embarque assez d'entrées et de sorties pour couvrir un semestre entier de travaux pratiques : on saisit des valeurs sur les interrupteurs, on lit les résultats sur les LED ou l'afficheur 7 segments, on affiche une image sur un écran VGA, on branche un clavier. Rien d'autre à acheter pour démarrer.




1 Power good LED                                          9 FPGA configuration reset button
2 Pmod connector(s)                                      10 Programming mode jumper
3 Analog signal Pmod connector (XADC)          11 USB host connector
4 Four digit 7-segment display                        12 VGA connector
5 Slide switches (16)                                     13 Shared UART/ JTAG USB port
6 LEDs (16)                                                  14 External power connector
7 Pushbuttons (5)                                         15 Power Switch
8 FPGA programming done LED                      16 Power Select Jumper

Le choix du FPGA n'est pas anodin. L'Artix-7 XC7A35T offre de la marge : les circuits combinatoires et séquentiels d'un cours n'en occupent qu'une fraction, et il reste de la place pour un processeur soft-core MicroBlaze ou un petit cœur RISC-V. Les 90 tranches DSP ouvrent la voie au traitement du signal, et le XADC permet d'acquérir un signal analogique via le port Pmod dédié.

Il faut situer la carte pour ce qu'elle est : une plateforme d'enseignement et de prototypage logique. Pas de mémoire DDR externe, contrairement à d'autres cartes Artix-7 orientées système. Ce choix la garde centrée sur la conception logique plutôt que sur l'interfaçage mémoire. La sortie vidéo, elle, est en VGA analogique, pas en HDMI. Pour un cours de logique numérique ou un premier projet FPGA, ces partis pris se tiennent. Consultez la vidéo de présentation pour plus d'informations.

Développer avec la Basys 3

Le développement sur Basys 3 passe par AMD/Xilinx Vivado, dont l'édition Standard est gratuite. Le FPGA se décrit en VHDL ou en Verilog ; Vivado gère la synthèse, l'implémentation, la simulation et la génération du bitstream. Le port USB-JTAG intégré programme la carte via un simple câble micro-USB, sans sonde externe.

Digilent met à disposition des board files qui préconfigurent le composant et le fichier de contraintes (XDC) reliant chaque signal du design à la bonne broche du FPGA. Ce fichier maître épargne le repérage manuel des broches des interrupteurs, LED, afficheur ou ports Pmod. Une fois le bitstream généré, il se charge en JTAG pour la mise au point, ou s'écrit dans la Flash SPI pour que le design se recharge à chaque mise sous tension.

Pour un design intégrant le processeur soft-core MicroBlaze, la partie logicielle se développe sous Vitis. Côté extension matérielle, les quatre ports Pmod acceptent les modules Pmod Digilent (convertisseurs, capteurs, drivers, afficheurs), et le port JXADC accueille les Pmod analogiques reliés au XADC. D'autres modèles existent dans la gamme des cartes de développement FPGA Digilent pour des besoins différents.

Chaîne d'outils logicielle et matérielle de la Basys 3

Applications et cas d'usage

La Basys 3 couvre l'essentiel du parcours d'un étudiant ou d'un maker en conception numérique. Les usages ci-dessous reviennent le plus souvent.

Enseignement de la logique numérique

C'est sa vocation première. Interrupteurs et boutons servent d'entrées, LED et afficheur 7 segments de sorties : les étudiants écrivent leur code HDL, le synthétisent et voient immédiatement le résultat sur le matériel. La boucle « écrire, synthétiser, programmer, tester » construit une intuition que la simulation seule n'apporte pas.

Circuits combinatoires et séquentiels

Additionneurs, multiplexeurs, décodeurs, comparateurs, compteurs, machines à états : ces briques classiques tiennent aisément dans l'Artix-7 et se testent directement sur les périphériques embarqués.

Architecture des ordinateurs

Le FPGA a la capacité d'héberger un petit processeur, qu'il s'agisse du soft-core MicroBlaze ou d'un cœur pédagogique de type MIPS ou RISC-V mono-cycle, ce qui en fait un support courant pour les cours d'architecture.

Traitement du signal et acquisition

Les 90 tranches DSP prennent en charge des filtres ou des opérations arithmétiques en temps réel, tandis que le XADC, accessible par le port Pmod analogique, numérise un signal externe pour des projets d'acquisition.

Interfaçage vidéo et périphériques

La sortie VGA permet de générer une image pilotée par le FPGA, et le port USB HID hôte de lire un clavier ou une souris, deux exercices classiques d'interfaçage.

Extension par modules Pmod

Les quatre ports Pmod ajoutent des fonctions prêtes à l'emploi (convertisseurs, capteurs, actionneurs) sans concevoir de circuit d'interface, ce qui accélère le prototypage.

Ressources & documentation Digilent

Digilent fournit quatre démonstrations prêtes à charger qui font le tour des périphériques de la carte et servent de point de départ à des projets personnels.

Démonstration Abacus

Ce projet transforme la Basys 3 en calculatrice de conversion binaire vers décimal : les interrupteurs saisissent des valeurs et l'afficheur 7 segments restitue le résultat. C'est un bon aperçu de l'usage combiné des entrées et de l'affichage.

Consulter la démonstration Abacus

Démonstration General I/O (GPIO)

Cette démo, également utilisée comme autotest de la carte, fait défiler l'afficheur 7 segments de 0000 à 9999 et illustre l'emploi des interrupteurs, boutons et LED. Elle vérifie le bon fonctionnement des E/S de base.

Voir la démonstration GPIO

Démonstration Keyboard

Ce projet exploite le port USB HID hôte pour lire un clavier USB. À chaque touche pressée ou relâchée, le code de balayage est converti en ASCII puis transmis à un terminal via le pont USB-UART. La démo mobilise aussi les interrupteurs, LED, l'afficheur et la sortie VGA.

Découvrir la démonstration Keyboard

Démonstration XADC

Ce projet Verilog met en œuvre le convertisseur analogique-numérique. Une tension de 0 à 1 V appliquée sur le connecteur JXADC est mesurée : les LED s'allument de droite à gauche à mesure que la tension monte, et l'afficheur 7 segments indique sa valeur. Deux interrupteurs choisissent le canal XADC lu.

Explorer la démonstration XADC

Parcours de cours Digilent : projets numériques

Digilent propose une série de projets pédagogiques progressifs, conçus autour de cartes comme la Basys 3, qui mènent des premiers pas en Verilog jusqu'aux circuits séquentiels et arithmétiques. Chaque projet est court, guidé et directement transposable sur la carte.

Contrôler des LED avec des interrupteurs

Le projet d'entrée : relier un interrupteur à une LED en Verilog, découvrir le module top, l'instruction assign et le fichier de contraintes qui mappe les signaux aux broches.

Suivre le projet

Circuit logique simple

Charger un bitstream configurant le FPGA avec plusieurs circuits logiques, puis appliquer toutes les combinaisons d'entrées (boutons et interrupteurs) pour déduire les équations logiques qui décrivent leur comportement.

Suivre le projet

Conception d'un circuit combinatoire simple

Passer de l'analyse à la conception : bâtir et implémenter un circuit combinatoire simple en Verilog sur la carte.

Suivre le projet

Logique combinatoire

Décrire de façon comportementale un multiplexeur, un décodeur, un encodeur et un registre à décalage en Verilog, plutôt que de les câbler à partir d'opérateurs logiques.

Suivre le projet

Conception hiérarchique en Verilog

Concevoir un multiplexeur 4 vers 1 et un décodeur à signal de validation servant de démultiplexeur, répartis dans deux fichiers Verilog réutilisables, pour composer un transmetteur de données série.

Suivre le projet

Simuler glitch et délai

Examiner le délai dans les circuits combinatoires : renseigner en Verilog le retard de chaque porte, puis simuler pour observer comment ces délais affectent le comportement du circuit.

Suivre le projet

Simuler une bascule SR

Aborder les circuits de mémorisation : implémenter et simuler la cellule NAND de base d'une bascule SR pour comprendre son fonctionnement bistable.

Suivre le projet

Faire clignoter des LED

Décrire une bascule (flip-flop) en Verilog et l'employer pour faire clignoter les LED, première approche des circuits séquentiels cadencés par une horloge.

Suivre le projet

Concevoir des circuits arithmétiques

Construire un comparateur de magnitude 4 bits, un additionneur à propagation de retenue et un multiplicateur, avec le défi d'assembler le tout en une unité arithmétique et logique (ALU).

Suivre le projet

Compteur et diviseur d'horloge

Associer des bascules pour réaliser un compteur et un diviseur d'horloge, et donner ainsi une référence temporelle aux circuits arithmétiques précédents.

Suivre le projet

Additionneur série

Décrire le comportement d'un additionneur série au moyen d'un diagramme d'états, puis le traduire en code Verilog, une introduction concrète aux machines à états.

Suivre le projet

Ressources Blog Digilent

Le blog Digilent complète la documentation par des guides pratiques.

Brancher un Pmod sur un FPGA

Ce guide passe en revue les façons de raccorder un module Pmod à une carte hôte : enfichage direct dans un port, câbles Pmod ou fils volants. Il explique la distinction entre Pmod numériques et analogiques et le repérage du port compatible XADC, deux points utiles pour exploiter les quatre ports Pmod de la Basys 3.

Lire l'article sur le blog Digilent

Résumé des caractéristiques techniques

• FPGA : AMD/Xilinx Artix-7 XC7A35T (33 280 cellules logiques, 20 800 LUT, 41 600 bascules, 90 tranches DSP, 225 Ko de Block RAM, 5 PLL, XADC 12 bits)
• Mémoire : Flash série 32 Mbit en bus Quad-SPI
• Horloge : oscillateur unique à 100 MHz ; horloges internes > 450 MHz
• Périphériques : 16 interrupteurs, 16 LED, 5 boutons, afficheur 7 segments 4 digits, sortie VGA 12 bits
• Communication : pont USB-UART, port USB HID hôte, USB-JTAG (programmation)
• Extension : 4 ports Pmod (3 standard 12 broches + 1 double usage XADC/standard)
• Logiciel : AMD Vivado Design Suite (édition Standard gratuite), VHDL et Verilog, MicroBlaze pris en charge
• Alimentation / format : 5 V via USB ou externe, logique 3,3 V ; 2,8 × 4,8 pouces

Questions fréquentes

Quel logiciel faut-il pour programmer la Basys 3 ?

La carte se programme exclusivement sous AMD/Xilinx Vivado Design Suite, dont l'édition Standard est téléchargeable gratuitement. Le FPGA se décrit en VHDL ou en Verilog. Pour un design utilisant le processeur soft-core MicroBlaze, la partie logicielle se développe sous Vitis.

Faut-il du matériel supplémentaire pour débuter ?

Non. La carte embarque 16 interrupteurs, 16 LED, 5 boutons, un afficheur 7 segments, une sortie VGA et des ports USB. Un grand nombre de projets se réalisent sans rien ajouter ; un câble micro-USB suffit pour la programmer.

Comment se programme le FPGA ?

Trois modes de configuration sont possibles : le port USB-JTAG (étiqueté PROG) via un câble micro-USB, la mémoire Flash SPI pour un chargement automatique à la mise sous tension, ou une clé USB branchée sur le port hôte. Le JTAG est le plus pratique en phase de mise au point.

La Basys 3 dispose-t-elle d'entrées analogiques ?

Oui. Le FPGA Artix-7 intègre un convertisseur analogique-numérique XADC, accessible via le port Pmod double usage étiqueté JXADC. Il accepte des signaux analogiques pour des projets d'acquisition ou de mesure.

Peut-on y exécuter un processeur ?

Le FPGA peut héberger le processeur soft-core MicroBlaze d'AMD, ou un cœur pédagogique de type MIPS ou RISC-V mono-cycle. La capacité du XC7A35T laisse de la marge pour ce genre de design.

Quelle sortie vidéo propose-t-elle ?

La Basys 3 dispose d'une sortie VGA 12 bits (4 bits par couleur), soit 4 096 couleurs possibles. Un contrôleur vidéo décrit dans le FPGA génère les signaux de synchronisation et de couleur.

Quelles sont ses limites à connaître ?

La carte ne comporte pas de mémoire DDR externe et sa sortie vidéo est en VGA analogique, pas en HDMI. Ces choix la positionnent comme plateforme d'apprentissage et de prototypage logique plutôt que comme carte système à interfaces haut débit.

À qui s'adresse ce produit ?

La Basys 3 vise en premier lieu les étudiants et les enseignants en électronique et en informatique : c'est l'une des cartes de référence des cours de logique numérique et d'architecture des ordinateurs, précisément parce que ses périphériques embarqués couvrent la quasi-totalité des travaux pratiques. Elle convient aussi aux makers et autodidactes qui débutent en FPGA et veulent une plateforme complète sans achats annexes. Les ingénieurs et bureaux d'études y trouvent un support commode pour valider rapidement un bloc de logique, un contrôleur ou une interface vidéo avant intégration. Son bon rapport entre capacités et coût, ainsi que sa robustesse, la rendent enfin adaptée aux laboratoires équipant une salle entière, à raison d'une carte par étudiant ou par binôme.
 

A ce titre, la platine Basys 3 est disponible selon 2 tarifs.

Le tarif  académique  applicable pour les écoles et les étudiants    ou   Le tarif   standard  applicable pour les particuliers et les sociétés           
  
 Vous devez sélectionner le tarif vous concernant en haut de la page dans le menu de sélection au dessus du bouton "Ajouter au panier"  
   
Si vous sélectionnez le tarif académique, il vous faudra impérativement nous adresser une commande officielle émanant d'une école d'ingénieur, d'une université, d'un I.U.T, d'un lycée. De plus, il vous faudra également nous communiquer le N° de téléphone, le nom et l'émail d'un des professeurs amené à utiliser la platine. 

Ce qu'il faut retenir

Toutes les décisions de conception de la Basys 3 servent un même objectif : apprendre la conception numérique sur du vrai matériel. Interrupteurs, LED, afficheur, VGA et ports USB forment un banc d'essai complet où le code VHDL prend forme sous les yeux de l'utilisateur. Face à des cartes plus généralistes ou plus orientées système, elle assume son terrain, celui de la pédagogie et du prototypage logique, et l'occupe mieux que la plupart. Pour un premier contact avec les FPGA ou pour équiper une salle de TP, c'est un choix qui a fait ses preuves.

Les photos et certaines parties du texte de cette page ont été créées ou modifiées par IA.