可編程邏輯器件的的應(yīng)用參考
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引言
隨著大規(guī)模超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷陌l(fā)展，邏輯器件日益以其低廉的價(jià)格及靈活的設(shè)計(jì)方式、豐富完備的功能而廣泛應(yīng)用于電子線路設(shè)計(jì)中。采用cpld可對邏輯電路功能進(jìn)行綜合集成，根據(jù)需要設(shè)計(jì)最小的單元，節(jié)約系統(tǒng)資源，極大的減少了電路板上功能模塊及模塊間連線。同時(shí)以其靈活的設(shè)計(jì)及在線升級方式對系統(tǒng)進(jìn)行修改升級，減少了對電路板本身的修改，提高了系統(tǒng)整體可靠性，節(jié)約了制版費(fèi)用，縮短了設(shè)計(jì)的周期。
但可編程邏輯器件使用中還有諸多需要注意的細(xì)節(jié)，特別是對于才開始應(yīng)用其進(jìn)行設(shè)計(jì)的電子線路設(shè)計(jì)人員，只有把握住這些細(xì)節(jié)才能成功的進(jìn)行設(shè)計(jì)。
應(yīng)用基礎(chǔ)
在設(shè)計(jì)之前需要對邏輯器件進(jìn)行了解，以max7000系列為例，器件管腳設(shè)置如圖1。這是將cpld器件應(yīng)用于pci接口邏輯的一個(gè)示例，實(shí)現(xiàn)對pci接口芯片輸出的本地控制信號的譯碼及部分功能模塊的嵌入式設(shè)計(jì)。
元件除去電源部分所需管腳，剩下的大部分是i/o口，可定義為系統(tǒng)所需控制管腳。需要注意幾個(gè)全局信號控制腳，如gclk、oe等管腳可用于整個(gè)邏輯器件工作時(shí)序的控制，一般用于全局信號的連接。同時(shí)需要注意的是tdi、tms、tdo、tck四個(gè)管腳是與在線編程相關(guān)的程序下載管腳，必要時(shí)候也可作為通用的管腳使用。altera元件的下載線可以購買或是自行制作，資料比較完備。要實(shí)現(xiàn)在線編程，cpld元件部分的pcb設(shè)計(jì)時(shí)需要注意，幾個(gè)下載管腳不是懸空的，都必須進(jìn)行上拉、下拉設(shè)計(jì)，電路如圖2。這點(diǎn)容易忽略，而導(dǎo)致下載軟件無法發(fā)現(xiàn)下層的器件，相關(guān)說明在文檔“in-system programmability”中。
在操作系統(tǒng)中安裝相應(yīng)的下載線驅(qū)動(dòng)，就可在其圖形化的設(shè)計(jì)軟件中發(fā)現(xiàn)可編程控制器件，并對其進(jìn)行在線編程、調(diào)試。
控制邏輯設(shè)計(jì)
cpld的巨大優(yōu)勢體現(xiàn)在其靈活性，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)組合邏輯，減少了分離元件的使用，提高了系統(tǒng)的集成程度及可靠性。對于一般的應(yīng)用采用max+plus編輯軟件就可以完成，其界面簡單，所有功能都集成于菜單中，可方便完成設(shè)計(jì)、綜合、仿真、下載的全過程。圖3為是應(yīng)用74ls154對應(yīng)軟核設(shè)計(jì)的pci接口譯碼電路，從而在cpld內(nèi)部實(shí)現(xiàn)4-16譯碼。電路圖中可標(biāo)明其用到的管腳，還可根據(jù)需要進(jìn)行配置，以便于外部pcb設(shè)計(jì)的布線優(yōu)化。
應(yīng)用altera公司的硬件開發(fā)語言ahdl及通用的vhdl等硬件描述設(shè)計(jì)語言，能實(shí)現(xiàn)軟核的自主開發(fā)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)同步仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的邏輯正確性。以下是一個(gè)數(shù)字分頻器設(shè)計(jì)示例。
subdesign ndivide
(
clk :input;
clkoutd :output;%偶分頻輸出%
bxcountout[3..0] :output;
countaout[2..0] :output;
)
variable
%偶分頻變量%
countd[3..0] :dff;%小于16分頻器，偶
數(shù)分頻器%
clkregd :dff;
begin
%偶分頻部分%
countd[].clk=!(clk);
clkregd.d=!clkregd.q;
clkoutd=clkregd.q;
if (countd[].q==1) then%根據(jù)分頻數(shù)定，2的n+1分
頻，此處為4分頻，2分頻時(shí)clkregd.clk=!clk即可%
countd[].d=0;
else
countd[].d=countd[].q+1;
end if;
clkregd.clk=countd0.q;
end;
該程序仿真波形如圖4，實(shí)現(xiàn)了四分頻電路的邏輯設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)。
pcb電路設(shè)計(jì)
應(yīng)用cpld還需注意其輸出腳狀態(tài)改變時(shí)所產(chǎn)生的高頻的脈沖，會對下一級器件帶來嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此在 pcb設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行相應(yīng)的處理，才能有效抑制脈沖的極值，同時(shí)保證上升沿的陡直。圖5為一脈寬調(diào)制軟核的輸出效果圖。該模塊實(shí)現(xiàn)精度為8位的脈寬調(diào)制，方波信號基頻為4khz，由33m的pci時(shí)鐘分頻得來。系統(tǒng)只應(yīng)用最簡單的阻容濾波電路來降低脈沖值。
該圖為直接輸出與濾波輸出兩種條件下的示波器顯示圖，在圖a中沒有采取濾波措施，可以看到在上跳沿處為4v左右的尖峰脈沖，相比穩(wěn)定的高電平3v輸出高出1v。而圖b是經(jīng)簡單的阻容濾波電路后輸出，上跳沿脈沖的峰值明顯得到抑制。較大的改善了系統(tǒng)的性能。
結(jié)束語
應(yīng)用可編程邏輯器件，可加速開發(fā)的進(jìn)程，在器件提供的方針環(huán)境中進(jìn)行功能的仿真驗(yàn)證，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷。但是自帶的仿真器本身也并非完美，在電路設(shè)計(jì)完成后還需進(jìn)行更細(xì)致的驗(yàn)證。cpld的廣泛應(yīng)用給電子線路設(shè)計(jì)人員有更大的發(fā)揮空間，更靈活的設(shè)計(jì)方式，極大的提高了設(shè)計(jì)效率。
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