可編程ASIC器件主從式結(jié)構(gòu)開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

當(dāng)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(shè)計(jì)開發(fā)，在系統(tǒng)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開發(fā)系統(tǒng)對于用戶來說仍是必須的。本文提出的主從式下載開發(fā)系統(tǒng)可以適配多種目標(biāo)芯片，具有較寬的開發(fā)應(yīng)用范圍，經(jīng)過幾年的教學(xué)、科研實(shí)踐，使用效果良好。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

對ASIC器件設(shè)計(jì)開發(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言，必須通過實(shí)踐鍛煉方能熟練使用和達(dá)到掌握技巧的程度。對應(yīng)用系統(tǒng)和目標(biāo)芯片進(jìn)行開發(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，并要通過仿真驗(yàn)證。而后的工作就是將設(shè)計(jì)完成并通過仿真的熔絲圖文件對目標(biāo)芯片下載，并在系統(tǒng)板提供的開發(fā)環(huán)境中直接進(jìn)行功能演示。因而下載開發(fā)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)必須具備輸入和輸出功能。設(shè)計(jì)數(shù)字電路或系統(tǒng)往往需要多種頻率資源，故系統(tǒng)板要提供時(shí)鐘配置和頻率選擇功能。而要完成開發(fā)系統(tǒng)的復(fù)雜工作和模式選擇，系統(tǒng)控制功能也是必須的。基于以上思路設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)電路框圖如圖1所示。

2.2 輸出部分
輸出部分主要采用數(shù)碼管顯示并有發(fā)光二極管顯示以及揚(yáng)聲器發(fā)聲裝置。考慮到數(shù)碼管占用較多的用戶資源，我們采用一種動態(tài)掃描方式，在輸出數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)輸出與該數(shù)據(jù)相對應(yīng)的數(shù)碼管地址，經(jīng)地址譯碼器形成數(shù)碼管選通信號。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)用一片Isp LSI1016可編程器件配置數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器，地址譯碼功能通過89C51單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。這種方案大大節(jié)省了輸出口資源和譯碼驅(qū)動器件，提高系統(tǒng)可靠性同時(shí)減少印板空間。

設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有三種顯示模式：準(zhǔn)靜態(tài)顯示、十六進(jìn)制碼輸入動態(tài)顯示和段碼輸入動態(tài)顯示，用戶通過撥碼開關(guān)或跳線進(jìn)行模式選擇。

2.3 輸入部分
采用8鍵KEY 0~ KEY 7，鍵盤信號經(jīng)89C51單片機(jī)處理后通過三態(tài)緩沖門送至用戶芯片，根據(jù)不同工作要求，鍵盤設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)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(tǒng)由晶振產(chǎn)生32768 Hz時(shí)鐘，經(jīng)1016內(nèi)部分頻可以輸出十種頻率，這十種頻率與另外單獨(dú)產(chǎn)生的12 MHz信號組合使用（分為四組），可基本滿足設(shè)計(jì)需要。對1016的ABEL-HDL語言描述（包括配置信號源部分的計(jì)數(shù)、分頻和顯示部分的譯碼器、數(shù)據(jù)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(jié)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(jié)果輸出”

INPUT0=〔IN0..IN6〕; “段碼輸入”

OUTPUT0=〔C0..C6〕; “最終結(jié)果輸出”