计算机硬件课程设计指导——CPLD部分

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1、 硬件硬件课程设计指导课程设计指导 CPLDCPLD 部分部分 硬件课程设计硬件课程设计 -基于基于 CPLDCPLD 的模型机设计的模型机设计 2 21 1 硬件基础知识硬件基础知识 一、一、CPLDCPLD 简介简介 具有固定输入和输出数目的任何组合逻辑函数可以在可编程只读存储器 （PROM） 中， 以输出为输入的查找表方式来实现，许多实现组合逻辑的结构变型已从这一简单的概念引 申出来，然而利用 VISI 的密度产生更通用的，能实现 PCB板上几个简单 PAL 互连功能的 器件是 PAL/PROM 这类范例的扩展，称为 PAL 构造的 PLD，也就是说复杂可编程逻辑器 件CPLD（Comp

2、lex programmable logic devices） 。它是随着半导体工艺不断完善、用户 对器件集成度要求不断提高的形势下所发展起来的。CPLD 是复杂的 PLD，专指那些集成 规模大于 1000 门以上的可编程逻辑器件。 传统的 CPLD 编程是在编程器上完成的，因为那里对 CPLD 编程需要较高的电压和 较特殊的波型。然而，由于工艺的改进，对 CPLD 器件的编程可在其工作电压下进行。因 此，可将 CPLD 芯片安装在系统中，在其工作环境下，依靠编程软件完成，这就是所谓在 系统编程（In System Program） 。 具有在系统编程功能的 CPLD 芯片的每个 I/O 端口

3、（pin）都有一个三态门和一个可配 置的上拉电阻，正常工作时这些三态门处于选通状态，而上拉电阻根据设计要求连在引脚 上或者不连。芯片上还有专供在系统编程使用的引脚，例如 LA TTICE 公司的 ispLSI1016 芯片上有 5 个这样的控制端 ispEN、SDI、SDO、SCLK 和 RESET。它们可通过编程电缆 与计算机并口相连，正常工作时 ispEN 加高电平，编程（通常称此过程为下载）时加低电 平，此时所有 I/Opin 内的三态门处于断开状态。将芯片内部与周边电路的联系隔断，而每 个 IO 单元中的触发器被串接起来，成了一个移位寄存器。 在系统编程技术的出现，可以将器件先装配在系

4、统板或目标板上，然后下载将要设计 的电路，这样，就改变了 CPLD 器件先下载后装配的程式，避免了因多次拔插而损坏芯片 引脚，方便了实验中的调试，加快了生产的进度，而且在不改变系统硬件结构的情况下， 实现对系统的重构或升级。在试制新产品和学生实验等需要经常更换芯片信息的场合，在 系统编程最为适用。所以，现在的 CPLD 芯片几乎全部采用了在系统编程原理。 二、在系统可编程器件简介二、在系统可编程器件简介 1 1、在系统可编程特点在系统可编程特点 在系统编程技术与传统编程技术的最大区别在于它不使用编程器，通过下载电缆与计 算机相连，直接在用户自己设计的目标系统中或电路板上对 PLD 编程。这就打

5、破了使用 PLD 必先编程后装配的惯例，而可以先装配后编程，成为产品后还可反复编程，是一种全 新的设计方法，使生产维护和系统更新都发生了革命性的变化，开创了数字系统设计的新 纪元。在系统编程技术的主要特点如下： （1）缩短了设计试制的周期，降低了试制成本。由于 ISP 技术可以在器件被焊接在电路 板上的情况下对系统编程或重构，因而在设计系统时，可以先制作电路板，然后再对 ISP 器件编程。若要改变设计时，无须改动元器件或电路板，只要通过相应的开发系统软件在 数分钟内即可完成，虽然设计的是硬件，却像软件一样方便。 （2）缩小了芯片的体积并简化生产流程。由于在系统编程器件集成度高，且可以先装配 在

6、电路板上后编程， 从而省去了插拔带来的损伤， 系统的可靠性更高， 体积可以做得更小， 引脚数可以做得更多。采用传统的 PLC，系统生产必须通过标准逻辑编程器来进行人工编 程，因而要有巾标签、入库、装配、测试等过程，如采用 ISP 技术，新器件从包装盒中取 出即可安装在电路板上，完全清洁卫生了单个编程和标记等工序，各个器件的组态可以通 过自动测试设备（A TE） 、PC 或工作丫等今后任务平台，在最终板子测试时下载，简化了 生产流程，节省了生产时间。 （3）方便了系统的维护和升级。在制成产品装运以后，由于ISP 技术所具有的独特特点， 使得对系统的维护和现场升级只要用一台笔记本电脑和下载电缆就能实现，在信息技术迅 速发展的今天，完全可以通过互联网或其他通信工具对远隔千里的用户系统进行硬件版本 升级换代。 （4）提高系统的可测试性，啬系统的可靠性。随着系统板上元器件、芯片密度以及 I/O 口 数量的增加，测试电路板上关键节点的难度就越来越大。可以把诊断用的测试模式暂时编 程到 ISP 器件中，以毫无遗漏的方式运行电路板上的各项功能。此外，利用可编程数字