基于PLD器件在萬用表校驗裝置中的設計

柳州鐵道職業技術學院 劉裕舸

引言

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

1 isp系統概況

1.1 系統概述

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

1.2 ispLSI器件特點

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

1)線路板設計：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，保證調試時不會損傷器件的引腳。

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

4)通過軟件重構系統：很容易實現現場修改ispLSI器件，可以通過外存儲器或磁盤裝入，通過調制解調器送入結構文件；還能夠實現遠程編程。

5)保密位：ispLSI器件通過一位保密位防止片內編程模式的非法復制。系統被編程，保密位就可防止對片內功能位被讀取。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部結構。

2 新型數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實驗實訓課程中需要學生進行制作安裝調教萬用表。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。萬用表校驗儀能夠實現對萬用表質量的精準檢測，保證其各項參數信息維持在誤差允許范圍內。

目前市場上生產的萬用表校驗儀在設計以及應用中還有著很多問題，而且沒有實現真正的智能化控制，只有少部分輸出顯示環節使用了少量的數字器件，很大一部分電路仍是模擬電路，同時其電路的復雜程度較高，操作不便，嚴重的時候還會出現安全事故。

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束之后出現電擊安全事故，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編程設計

3.1 isp應用軟件介紹

ispDesignExpert是lattice公司比較經典的一套相對成熟的電子設計自動化軟件系統，能夠實現現代數字電路與系統的有效設計，并在其中發揮著重要作用。通過此軟件進行數字電路與系統的設計，能夠利用到原理設計、硬件描述語言、多種輸入方式混合。在具體的設計中，可以便捷高效的對所設計的數字電路和系統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是編譯器，具備著強大的功能，可以根據編譯、綜合邏輯分析能力，進行系統的優化升級，把邏輯反饋到具體的器件中，實現自動的布局布線，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部，實現硬件電路的整體設計。

3.2 軟件設計

一般情況下，在進行軟件設計的時候，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勢。其中圖形輸入法的優勢在于能夠簡單便捷的完成設計操作，并且后續的調節測試相比較方便。硬件描述語言法的優勢在于比較有利于進行復雜電路的設計，可以在進行復雜電路設計書寫的過程中發揮良好的作用。因為本文設計的系統內部不包含特別復雜的邏輯關系，整體設計偏向簡單便捷，所以使用的是圖形輸入方式。

在進行設計的過程中，使用了層次化設計方式，整體設計環節清晰明了。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，最終實現整體設計，從結構上來看簡單易懂，便于操作。軟件的邏輯仿真使用的是編寫ABEL的方式進行的。本設計一共使用了40個Macrocells，12個GLBs，33個I/0s。40個NETs，實現了對于芯片資源的有效利用，沒有出現資源浪費的情況。此設計在經過筆者的完善試驗之后，可以成功的進行下載應用，并且完成了相應的聯機調試。

Lattice公司的在系統可編程技術應用到高密度可編程器件中，能夠綜合體現出可編程器件的性能優勢，同時具備了現場可編程邏輯陣列的高靈活性特征。本設計針對這種技術類型的器件進行了相應的開發和實際應用，實現了可編程器件在新型數字式萬用表校驗儀中的應用研究。

4 結語

可編程邏輯器件目前已經在工業、智能控制以及日常生活等方面發揮了重要的作用，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勢的發揮等。在新型數字式萬用表校驗儀中的應用研究只是其中的一個方面。通過對PLD可編程器件的系統重構設計，對萬用表校驗儀的設計提供了一個思路。可編程器件具備著多種應用優勢，通過此系統相關設計，能夠有效的提升工作效率，加快儀表自動化校驗進程，提高專業技術水平，使我國技術監督管理事業取得發展。

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