ISP技術(shù)在《數(shù)字電路》課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1 ISP技術(shù)

在系統(tǒng)編程(In-System-Programming，ISP)技術(shù)是美國(guó)Lattice半導(dǎo)體公司首先提出來(lái)的一種能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)具有對(duì)其器件、電路或整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的邏輯和功能隨時(shí)進(jìn)行組態(tài)或重組能力的最新技術(shù)。在可編程邏輯器件(Programming Logic Device，PLD)及其技術(shù)中，ISP是一種新的概念、新的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的編程技術(shù)是將PLD器件插在編程器上編程的，ISP技術(shù)則可不用編程器，直接在用戶自己設(shè)計(jì)的目標(biāo)系統(tǒng)中或線路板上對(duì)PLD器件編程。常規(guī)PLD在使用中通常是先編程后裝備，而采用ISP技術(shù)的PLD則是先裝備后編程，成為產(chǎn)品后還可反復(fù)編程。ISP硬件靈活且易于軟件修改，便于設(shè)計(jì)升級(jí)。

2 ISP器件的編程軟件

ispEXPERT是由Lattice公司提供的一種通用電子設(shè)計(jì)軟件。他支持ABEL-HDL語(yǔ)言、VHDL語(yǔ)言、原理圖3種電子設(shè)計(jì)方式，以及這些設(shè)計(jì)方式的混合使用。他能對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行功能模擬和時(shí)序模擬，能對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行邏輯優(yōu)化，并將邏輯映射到器件中去，自動(dòng)完成預(yù)布線，生成編程所需的熔絲圖文件，通過(guò)下載電纜下載到器件中。

ispEXPERT中的項(xiàng)目導(dǎo)航器引導(dǎo)設(shè)計(jì)一步步進(jìn)行，最終生成器件編程所需的JEDEC文件，并下載到ISP器件中。項(xiàng)目導(dǎo)航器是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)工具，便于用戶跟蹤軟件的運(yùn)行流程。

用ispEXPERT對(duì)可編程器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，除了確定設(shè)計(jì)思想等準(zhǔn)備工作外，大部分工作是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。整個(gè)工作流程分為創(chuàng)建新沒(méi)計(jì)項(xiàng)目、選擇器件、輸入源文件或原理圖、編譯與優(yōu)化、邏輯模擬、連接和器件適配等過(guò)程。這些過(guò)程是在項(xiàng)目導(dǎo)航器引導(dǎo)下進(jìn)行的。

3 ISP在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)中的舉例

目前的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)多為用中小規(guī)模集成電路和GAL芯片的方法實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)較大規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，由于電路板的限制，過(guò)多的集成塊使學(xué)生花費(fèi)很多時(shí)間都無(wú)法調(diào)試成功，影響學(xué)生的積極性。為此，把ISP器件引入數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)，選取了一些有代表性的課題，如多功能電子鐘、密碼鎖、交通燈、數(shù)字頻率計(jì)等，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐，取得了很好的效果。

下面舉例用ISP對(duì)電子鐘進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)要求

該設(shè)計(jì)用ispEXPERT軟件在ISP1016芯片上實(shí)現(xiàn)電子鐘的。電子鐘具有下述功能：

(1)用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的6個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒。

(2)能使電子鐘復(fù)位(清零)。

(3)能啟動(dòng)或停止電子鐘運(yùn)行。

(4)在電子鐘停止運(yùn)行狀態(tài)下，能夠修改時(shí)、分、秒的值。

(5)具有報(bào)時(shí)功能，整點(diǎn)時(shí)喇叭鳴叫。

3.2 功能分析

電子鐘工作時(shí)的最高頻率是秒針的1 Hz，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備所提供的連續(xù)脈沖的最低頻率為1 kHz，因而需要一個(gè)分頻模塊，這可通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)模為1 000的計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)。

電子鐘的秒針是每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)一次，分針是每過(guò)60 s計(jì)數(shù)一次，時(shí)針是每過(guò)60 min計(jì)數(shù)一次，秒針和分針由0計(jì)到59又回到0，而時(shí)針由0 計(jì)到23又回到0。這樣需要設(shè)計(jì)2個(gè)模為60的計(jì)數(shù)器和一個(gè)模為24的計(jì)數(shù)器，例化成秒針模塊、分針模塊和時(shí)針模塊。

秒針、分針和時(shí)針的計(jì)數(shù)信號(hào)要轉(zhuǎn)換成BCD碼后輸出，這可以通過(guò)在上述各模塊內(nèi)增加一個(gè)由二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為BCD碼的編碼轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)。

要求能啟動(dòng)或停止電子鐘運(yùn)行，且能在電子鐘停止運(yùn)行狀態(tài)下修改時(shí)、分、秒的值，可增加一個(gè)啟動(dòng)／停止控制端實(shí)現(xiàn)。如啟動(dòng)／停止控制端接低電平，分頻模塊的時(shí)鐘接1 kHz的連續(xù)脈沖，其他模塊分別接對(duì)應(yīng)輸出，電子鐘便啟動(dòng)。而當(dāng)啟動(dòng)／停止控制端接高電平，分頻模塊的時(shí)鐘接地，其他模塊的時(shí)鐘分別接3個(gè)單脈沖手動(dòng)輸入，電子鐘停止運(yùn)行，手動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)單脈沖，與其相連的模塊就計(jì)數(shù)一次，達(dá)到了修改時(shí)、分、秒的目的，即實(shí)現(xiàn)了電子鐘更改時(shí)間的功能。

3.3 ABEL語(yǔ)言描述

下面用ABEL語(yǔ)言的層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電子鐘的設(shè)計(jì)可分為頂層模塊Clock，3個(gè)底層模塊FP1000，F(xiàn)P60和FP24。下面介紹頂層模塊CLOCK，其中調(diào)用了3個(gè)底層模塊。

4 結(jié) 語(yǔ)

從上例可知，用ISP器件可進(jìn)行各種數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，代替了古老的面模板實(shí)驗(yàn)，而且靈活方便，是一種較理想的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)方法，值得推廣應(yīng)用。