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1 引言 當前在EDA領(lǐng)域，只要具備臺式或筆記本電腦并裝有工具軟件，就可以方便地對可編程ASIC（CPLD/FPGA）進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)，在系統可編程（ISP）器件為我們提供了這種便利條件。ISP方式雖然可以用一根下載電纜代替了編程器，但兼有提供下載和演示環(huán)境兩大功能的可編程ASIC開(kāi)發(fā)系統對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)仍是必須的。本文提出的主從式下載開(kāi)發(fā)系統可以適配多種目標芯片，具有較寬的開(kāi)發(fā)應用范圍，經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)、科研實(shí)踐，使用效果良好。 2 系統結構及工作原理 對ASIC器件設計開(kāi)發(fā)的前期工作主要依靠對某種EDA工具軟件使用。對于其工具軟件和硬件編程語(yǔ)言，必須通過(guò)實(shí)踐鍛煉方能熟練使用和達到掌握技巧的程度。對應用系統和目標芯片進(jìn)行開(kāi)發(fā)，先要使用EDA工具軟件所提供的文本和圖形輸入方式進(jìn)行描述和綜合，并要通過(guò)仿真驗證。而后的工作就是將設計完成并通過(guò)仿真的熔絲圖文件對目標芯片下載，并在系統板提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境中直接進(jìn)行功能演示。因而下載開(kāi)發(fā)系統的基本結構必須具備輸入和輸出功能。設計數字電路或系統往往需要多種頻率資源，故系統板要提供時(shí)鐘配置和頻率選擇功能。而要完成開(kāi)發(fā)系統的復雜工作和模式選擇，系統控制功能也是必須的�；谝陨纤悸吩O計開(kāi)發(fā)的系統電路框圖如圖1所示。 2.1 主從式結構 本機最大的特點(diǎn)是系統采用主從式開(kāi)發(fā)結構，將目標芯片安裝在一個(gè)小型轉接板上，再將轉接子板插到系統母板上配合工作。主系統母板是固定的，對不同的芯片只需換用不同的轉接子板，避免了以往開(kāi)發(fā)系統只能對單一型號芯片進(jìn)行開(kāi)發(fā)應用的弊端，大大拓寬了目標芯片的可選性和開(kāi)發(fā)系統的應用范圍。目前設計的開(kāi)發(fā)系統適用于6000門(mén)規模的芯片開(kāi)發(fā)，以及LATTICE、XILINX、ALTERA等多家公司的不同芯片。主從式開(kāi)發(fā)結構保證了系統的通用性和易于升級，只要稍加改進(jìn)就可形成從2000門(mén)到100000門(mén)以上邏輯資源、從5V 到3.3V、2.5V、1.8V兼容工作電壓的系列產(chǎn)品。 2.2 輸出部分 輸出部分主要采用數碼管顯示并有發(fā)光二極管顯示以及揚聲器發(fā)聲裝置�？紤]到數碼管占用較多的用戶(hù)資源，我們采用一種動(dòng)態(tài)掃描方式，在輸出數碼管顯示數據時(shí)同時(shí)輸出與該數據相對應的數碼管地址，經(jīng)地址譯碼器形成數碼管選通信號。具體實(shí)現時(shí)用一片Isp LSI1016可編程器件配置數據選擇器和譯碼器，地址譯碼功能通過(guò)89C51單片機控制實(shí)現。這種方案大大節省了輸出口資源和譯碼驅動(dòng)器件，提高系統可靠性同時(shí)減少印板空間。 設計系統具有三種顯示模式：準靜態(tài)顯示、十六進(jìn)制碼輸入動(dòng)態(tài)顯示和段碼輸入動(dòng)態(tài)顯示，用戶(hù)通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)或跳線(xiàn)進(jìn)行模式選擇。 2.3 輸入部分 采用8鍵KEY 0~ KEY 7，鍵盤(pán)信號經(jīng)89C51單片機處理后通過(guò)三態(tài)緩沖門(mén)送至用戶(hù)芯片，根據不同工作要求，鍵盤(pán)設計有四種輸入模式：琴鍵模式、乒乓模式、脈沖模式和二進(jìn)制計數模式。除此之外第八鍵還可為特殊功能做單步時(shí)鐘輸入模式。 2.4 時(shí)鐘資源及分頻 使用IspLSI1016同時(shí)配置時(shí)鐘產(chǎn)生單元，系統由晶振產(chǎn)生32768 Hz時(shí)鐘，經(jīng)1016內部分頻可以輸出十種頻率，這十種頻率與另外單獨產(chǎn)生的12 MHz信號組合使用（分為四組），可基本滿(mǎn)足設計需要。對1016的ABEL-HDL語(yǔ)言描述（包括配置信號源部分的計數、分頻和顯示部分的譯碼器、數據選擇器）如下： MODULEDIVCLK TITLE ‘THIS IS THE HEX BITS COUNTER OF BIN &BCD CODE TO 7 SEGMENT CODE CODER’ CK PIN 11; “Y0時(shí)鐘輸入” EN PIN 15; “段碼輸入使能” Q0,Q2,Q4,Q8,Q9,Q10,Q11,Q12,Q13,Q14,Q15 PIN 43,42,41,40,39,38,37,32,27,26,10 ISTYPE ‘COM’; “分頻器輸出” NQ0,NQ2,NQ4,NQ8,NQ9,NQ10,NQ11,NQ12,NQ13, NQ14,NQ15 NODE ISTYPE ‘REG_D’; C0,C1,C2,C3,C4,C5,C6 PIN 8,7,6,5,4,3,44 ISTYPE ‘COM’; “最終結果輸出” A,B,C,D PIN 19,18,17,16; “十六進(jìn)制碼輸入” IN0,IN1,IN3,IN4,IN5,IN6 PIN 20,21,22,31,30,29,28; “段碼輸入” CLKIN NODE ISTYPE’COM’; Q1,Q3,Q5,Q6,Q7 NODE ISTYPE’COM’; NQ1,NQ3,NQ5,NQ6,NQ7 NODE ISTYPE ‘REG_D’; QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG NODE ISTYPE ‘COM’; BOUNT=〔Q15..Q0〕; “分頻器輸出” COUNT=〔NQ15..NQ0〕; INPUT1=〔QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG〕; “譯碼結果輸出” INPUT0=〔IN0..IN6〕; “段碼輸入” OUTPUT0=〔C0..C6〕; “最終結果輸出” EQUATIONS CLKIN=!CK; “該段為計數分頻器” COUNT.CLK=CLKIN; COUNT.D=COUNT.Q+1; BOUNT=COUNT.Q; TRUTH_TABLE﹙〔D,C,B,A〕->〔QA,QB,QC,QD, QE,QF,QG〕﹚ 〔0,0,0,0〕->〔1,1,1,1,1,1,0〕; “該段為譯碼器” 〔0,0,0,1〕->〔0,1,1,0,0,0,0〕; 〔0,0,1,0〕->〔1,1,0,1,1,0,1〕; 〔0,0,1,1〕->〔1,1,1,1,0,0,1〕; 〔0,1,0,0〕->〔0,1,1,0,0,1,1〕; 〔0,1,0,1〕->〔1,0,1,10,1,1〕; 〔0,1,1,0〕->〔1,0,1,1,1,1,1〕; 〔0,11,1〕->〔1,1,1,0,0,0,0〕; 〔1,0,0,0〕->〔1,1,1,1,1,1,1〕; 〔1,0,0,1〕->〔1,1,1,1,0,1,1〕; 〔1,0,1,0〕->〔1,1,1,01,1,1〕; 〔1,0,1,1〕->〔0,0,1,1,1,1,1〕; 〔1,1,0,0〕->〔1,0,0,1,1,1,0〕; 〔1,1,0,1〕->〔0,1,1,1,1,0,1〕; 〔1,1,1,0〕->〔1,0,0,1,1,1,1〕; 〔1,1,1,1〕->〔1,0,0,0,1,1,1〕; EQUATIONS WHEN EN==1 THEN OUTPUT0=INPUT1； “該段為數據選擇器” WHEN EN==0 THEN OUTPUT0= INPUT0； END 2.5 控制部分 控制部分是系統整機協(xié)調工作和智能化管理的核心部分，采用89C51單片機實(shí)現控制功能是其關(guān)鍵，采用單片機不但方便監控，并且大大減少硬件設計。如上所述，其主要控制功能包括顯示譯碼與時(shí)鐘模式選擇，數碼管掃描和鍵盤(pán)數據的處理均由軟件完成。其中軟件設計時(shí)考慮到“去抖動(dòng)”、 “單鍵處理”問(wèn)題，并且為防止運行程序受干擾時(shí)“跑飛”而造成死機，在程序中加入軟件“看門(mén)狗”，通過(guò)89C51的T1中斷實(shí)現監控功能。 2.6 A/D、D/A轉換接口及其它 系統設置A/D、D/A轉換接口，采用美國TI 公司的高速串行8位模數轉換器TLC549和四通道串行數模轉換器TLC5620，可以滿(mǎn)足要求。另外預留 VGA視頻輸入端和九芯用戶(hù)外接接口以備之需。 3 整機電路及技術(shù)指標 3.1 整機設計 完成整機設計結構如圖2所示，電路圖和印制版圖略。 3.2 主要技術(shù)指標和特點(diǎn) 穩壓電源：+5V 工作電流：360mA ISP下載方式和七芯下載電纜 89C51監控方式 數碼顯示：8位數碼管；三種顯示模式：靜態(tài)顯示、十六進(jìn)制碼輸入動(dòng)態(tài)顯示、段碼輸入動(dòng)態(tài)顯示；靜態(tài)數碼管掃描頻率：10Ms/幀；動(dòng)態(tài)顯示允許用戶(hù)最高掃描頻率：＞100Hz 輸入部分：八個(gè)鍵盤(pán)、11種頻率信號；四輔助電路的同步整流電路。經(jīng)仿真和實(shí)驗表明，采用這些優(yōu)化拓撲將會(huì )有效地降低損耗，使同步整流效率明顯提高。 |
