基于PLD器件在萬用表校驗裝置中的設(shè)計

柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉裕舸

引言

隨著我國科技的不斷創(chuàng)新和社會生產(chǎn)對于先進技術(shù)要求的不斷提升，可編程器件（PLD）在生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要作用。其中的isp器件更是具有著高密度、高效率等綜合優(yōu)勢，現(xiàn)如今深受廣大電路設(shè)計者們的喜愛。本文綜合分析了美國Lattice公司的高密度在系統(tǒng)可編程芯片ispLSI1016，對其在新型數(shù)字式萬用表校驗儀中的應(yīng)用進行了深入分析。

1 isp系統(tǒng)概況

1.1 系統(tǒng)概述

近年來，PLD器件隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新得到了發(fā)展，系統(tǒng)可編程器件是其中重要一種。所謂“系統(tǒng)可編程”(In-System Programmability. 縮寫為ISP)，是設(shè)計人員在設(shè)計的電子系統(tǒng)中對邏輯器件進行編程或反復(fù)編程；對電子系統(tǒng)中邏輯器件的邏輯重構(gòu)既可在系統(tǒng)成型之前，又可在系統(tǒng)成型過程中，甚至在系統(tǒng)成型之后進行。它區(qū)別于傳統(tǒng)PLD先編程后裝配的模式。

1.2 ispLSI器件特點

ispLSI器件的系統(tǒng)編程功能拓展了人們設(shè)計、制造和維護電子系統(tǒng)的方法，主要在下面幾個方面：

1)線路板設(shè)計：能夠更早的確定線路板的布局。

2)良好的引腳處置：ispLSI器件選定后，可先固定焊接，然后再進行編程或修改，保證調(diào)試時不會損傷器件的引腳。

3)系統(tǒng)的重構(gòu)能力：ispLSI器件在焊接好后, 即可任意的修改其邏輯功能。

4)通過軟件重構(gòu)系統(tǒng)：很容易實現(xiàn)現(xiàn)場修改ispLSI器件，可以通過外存儲器或磁盤裝入，通過調(diào)制解調(diào)器送入結(jié)構(gòu)文件；還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程編程。

5)保密位：ispLSI器件通過一位保密位防止片內(nèi)編程模式的非法復(fù)制。系統(tǒng)被編程，保密位就可防止對片內(nèi)功能位被讀取。除非芯片改寫，保密位才會被擦除，因此保密位被編程后，就無法得知芯片原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2 新型數(shù)字式萬用表校驗儀概述

萬用表是電工電子測試時必備的儀表之一，很多中高等院校在開設(shè)實驗實訓(xùn)課程中需要學(xué)生進行制作安裝調(diào)教萬用表。為了更好的使萬用表測量精度更好，會通過萬用表校驗儀進行校準(zhǔn)。萬用表校驗儀能夠?qū)崿F(xiàn)對萬用表質(zhì)量的精準(zhǔn)檢測，保證其各項參數(shù)信息維持在誤差允許范圍內(nèi)。

目前市場上生產(chǎn)的萬用表校驗儀在設(shè)計以及應(yīng)用中還有著很多問題，而且沒有實現(xiàn)真正的智能化控制，只有少部分輸出顯示環(huán)節(jié)使用了少量的數(shù)字器件，很大一部分電路仍是模擬電路，同時其電路的復(fù)雜程度較高，操作不便，嚴(yán)重的時候還會出現(xiàn)安全事故。

本文以ispLSI1016芯片為控制核心，對萬用表校驗儀進行了重新的設(shè)計，通過少量按鍵輸入測試命令，控制電路存儲后通過控制繼電器的通斷進行輸出，其優(yōu)勢在于控制部分增加了延時和泄放電路，能夠有效的防止大電壓電流校驗輸出結(jié)束之后出現(xiàn)電擊安全事故，同時，在進行校驗的過程中，無法對輸出檔位進行臨時更改，必須在校驗結(jié)束之后才能改變檔位，可以防止人為的操作失誤。

3 isp編程設(shè)計

3.1 isp應(yīng)用軟件介紹

ispDesignExpert是lattice公司比較經(jīng)典的一套相對成熟的電子設(shè)計自動化軟件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代數(shù)字電路與系統(tǒng)的有效設(shè)計，并在其中發(fā)揮著重要作用。通過此軟件進行數(shù)字電路與系統(tǒng)的設(shè)計，能夠利用到原理設(shè)計、硬件描述語言、多種輸入方式混合。在具體的設(shè)計中，可以便捷高效的對所設(shè)計的數(shù)字電路和系統(tǒng)進行功能仿真以及時序仿真。這一軟件最為重要的核心系統(tǒng)是編譯器，具備著強大的功能，可以根據(jù)編譯、綜合邏輯分析能力，進行系統(tǒng)的優(yōu)化升級，把邏輯反饋到具體的器件中，實現(xiàn)自動的布局布線，同時能夠生成編程所需要的熔絲圖文件，進而利用電纜將其下載至器件內(nèi)部，實現(xiàn)硬件電路的整體設(shè)計。

3.2 軟件設(shè)計

一般情況下，在進行軟件設(shè)計的時候，都會用到圖形輸入方法或者硬件語言描述方法，兩種方法有著不同的特征和優(yōu)勢。其中圖形輸入法的優(yōu)勢在于能夠簡單便捷的完成設(shè)計操作，并且后續(xù)的調(diào)節(jié)測試相比較方便。硬件描述語言法的優(yōu)勢在于比較有利于進行復(fù)雜電路的設(shè)計，可以在進行復(fù)雜電路設(shè)計書寫的過程中發(fā)揮良好的作用。因為本文設(shè)計的系統(tǒng)內(nèi)部不包含特別復(fù)雜的邏輯關(guān)系，整體設(shè)計偏向簡單便捷，所以使用的是圖形輸入方式。

在進行設(shè)計的過程中，使用了層次化設(shè)計方式，整體設(shè)計環(huán)節(jié)清晰明了。首先進行的是頂層電路的搭建，然后再進行下層電路的搭建，最終實現(xiàn)整體設(shè)計，從結(jié)構(gòu)上來看簡單易懂，便于操作。軟件的邏輯仿真使用的是編寫ABEL的方式進行的。本設(shè)計一共使用了40個Macrocells，12個GLBs，33個I/0s。40個NETs，實現(xiàn)了對于芯片資源的有效利用，沒有出現(xiàn)資源浪費的情況。此設(shè)計在經(jīng)過筆者的完善試驗之后，可以成功的進行下載應(yīng)用，并且完成了相應(yīng)的聯(lián)機調(diào)試。

Lattice公司的在系統(tǒng)可編程技術(shù)應(yīng)用到高密度可編程器件中，能夠綜合體現(xiàn)出可編程器件的性能優(yōu)勢，同時具備了現(xiàn)場可編程邏輯陣列的高靈活性特征。本設(shè)計針對這種技術(shù)類型的器件進行了相應(yīng)的開發(fā)和實際應(yīng)用，實現(xiàn)了可編程器件在新型數(shù)字式萬用表校驗儀中的應(yīng)用研究。

4 結(jié)語

可編程邏輯器件目前已經(jīng)在工業(yè)、智能控制以及日常生活等方面發(fā)揮了重要的作用，不過在這之中還有很多研究工作需要展開，包括其綜合性能的提升以及優(yōu)勢的發(fā)揮等。在新型數(shù)字式萬用表校驗儀中的應(yīng)用研究只是其中的一個方面。通過對PLD可編程器件的系統(tǒng)重構(gòu)設(shè)計，對萬用表校驗儀的設(shè)計提供了一個思路?？删幊唐骷邆渲喾N應(yīng)用優(yōu)勢，通過此系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計，能夠有效的提升工作效率，加快儀表自動化校驗進程，提高專業(yè)技術(shù)水平，使我國技術(shù)監(jiān)督管理事業(yè)取得發(fā)展。

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