在Protel99SE下实现可编程逻辑器件设计

摘要：通过工程实例介绍了在DSP?Digital Signal Processing数字信号处理系统设计中，利用PRO-TEL99SE嵌套的Advanced Protel PLD99硬件描述语言CUPL进行可编程逻辑器件设计的方法。 关键词：可编程逻辑器件(PLD);硬件描述语言(CUPL);Protel99se 1　引言 在以往的DSP设计中，采用TTL、CMOS电路和专用数字电路进行设计时，器件对电路的处理功能是固定的，用户不能定义或修改其逻辑功能。但随着电子技术的发展和工程对所需功能复杂程度的进一步提高，系统将需要很多芯片，这样，

在芯片之间，以及芯片和印刷电路板的布线和接点也相应增多，因而导致系统的可靠性下降和功耗增加，这样也就越来越不能满足工程实际的需要。而大规模可编程逻辑器件?PLD：Programmable Logic Device和基于芯片的EDA?Electronic Design Automatic电子设计自动化工具软件则可以解决这一问题。半导体技术的提高使ASIC?Application Specific Integrated Circuit：特定用途集成电路设计技术日趋完善，同时可编程逻辑器件在结构、工艺、集成度、功能、速度、灵活性等方面的改进和提高，也为高效率、高质量、灵活设计数字系统提供了可靠性。此外，CPLD?Complex Pro-grammable Logic Device或FPGA?Field Programmable Array技术的出现，又为DSP提供了一种崭新的方法，并使CPLD或FPGA设计的DSP系统具有良好的实用性和极强的实时性。 在Protel99se嵌套的PLD99的开发环境下，可编程逻辑器件设计可以直接面向用户要求，自上而下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证，直到生成能够下载到器件的JED文件，该方法结构严谨，易于操作，其设计流程如图1所示。 2　实例介绍 在某工程中，要求利用SYN0，SYN1，SYN2，SYN3，SYN4，SYN5作为同步信号进行64个通道的选择，以使64个通道在不同时刻进行工作，电路产生的发射脉冲连接在64个双晶探头上，然后将双晶探头产生的原始回波信号a1，b1，c1，d1经过AD8184?四选一开关输出到信号板进行处理。

3　设计过程 3.1 确定设计目的 由于每一通道的电路都是相同的，考虑到硬件电路以及电路板容量的问题，可先将64个通道分成16组，即每块电路PCB板设计四个通道，这16组利用SYN2，SYN3，SYN4，SYN5和拨码开关S1选通，然后利用SYN0，SYN1产生选通每块电路板的四个通道的选通信号A0、A1和输出使能EN，其电路原理如图2所示，信号的先后次序及逻辑关系见图3。 3.2 PLD器件的选择和输入输出的确定 由于CUPL语言与器件和生产厂家无关，根据设计目的和要求，最简单、最常用的GAL22V10可以作为目标器件。根据GAL22V10的技术资料和器件各个管脚的定义，可将同步信号SYN0，SYN1，SYN2 ，SYN3，SYN4，SYN5和拨码开关S1的四个管脚作为输入信号，即选择2～11为输入管脚，13脚直接接地，14～20为输出管脚，其中14～17脚用来进行通道选择，18、19脚作为AD8184的选通信号，20脚作为AD8184的输出使能，参见图2。 图3 信号逻辑关系图 3.3 创建包括头信息的源文件 在PLD99的开发环境下，根据上述设想及管脚分配，利用Protel99se模板和硬件描述语言CUPL定义输入输出管脚，以创建包括头信息的文本文件Tan-Shang.pld，然后用CUPL语言写出如下的中间变量逻辑式和逻辑等式?注：由于描述变量EN的乘积项过多，故将变量EN分成中间变量EN1和EN2，并完善文本文件。经过一系列设置后便可编译原文件，编译成功后会提示Compilation successful，方法如下： /** Declarations and Intermediate Variables **/ EN1=!(k1 & k2 & k3 & k4 & syn2 & syn3 & syn4 & syn5 #!k1 & k2 & k3 & k4 & !syn2 & syn3 & syn4 & syn5 #k1 & !k2 & k3 & k4 & syn2 & !syn3 & syn4 & syn5 #!k1 & !k2 & k3 & k4 & !syn2 &!syn3 & syn4 & syn5 #k1 & k2 & !k3 & k4 & syn2 & syn3 & !syn4 & syn5 #!k1 & k2 & !k3 & k4 & !syn2 & syn3 & !syn4 & syn5 #k1 & !k2 & !k3 & k4 & syn2 & !syn3 & !syn4 & syn5 #!k1 & !k2 & !k3 & k4 & !syn2 &!syn3 & !syn4 & syn5? EN2=!(k1 & k2 & k3 & !k4 & syn2 & syn3 & syn4 & !syn5 #!k1 & k2 & k3 & !k4 & !syn2 & syn3 & syn4 &!syn5 #k1 & !k2 & k3 &!k4 & syn2 &!syn3 & syn4 & !syn5 #!k1 & !k2 & k3 & !k4 & !syn2 & !syn3 & syn4 & !syn5 #k1 & k2 & !k3 & !k4 & syn2 & syn3 &!syn4 & !syn5 #!k1 & k2 & !k3 & !k4 & !syn2 & syn3 & !syn4 &! syn5 #k1 & !k2 & !k3 & !k4 & syn2 &!syn3 & !syn4 & !syn5 #!k1 & !k2 & !k3 & !k4 &!syn2 & !syn3 &!syn4 &!syn5);/** Logic Equations **/ EN=EN1&EN2? A1=!syn1 &!EN? A0=!syn0 &!EN? a=!A1&!A0& !EN? b=!A1&A0& !EN? c=A1&!A0& !EN? d=A1&A0&!EN? 图4 查看波形输出文件 3.4 设置仿真向量 通过创建仿真测试文件TanShang.SI可进行仿真测试，以产生如图3的仿真波形，当编译和仿真成功后，即可得到可下载到可编程逻辑器件的JED文件。该仿真测试文件Tanshang.SI如下： ORDER：syn5，syn4，syn3，syn2，syn1，syn0，k4，k3，k2，k1，OE，EN，A1，A0，a，b，c，d; VECTORS： 00000000001LHHLLLH 00000100001LHLLLHL 00001000001LLHLHLL 00001100001LLLHLLL 从仿真结果很明显地可以看出：拨码开关的四位K1，K2，K3，K4分别代表00～0F(十六进制码)这16组，而每组的四个通道的输出为a，b，c，d;由于SYN0，SYN1，SYN2，SYN3，SYN4，SYN5可组成00～3F(十六进制码)共64个通道，从而实现了利用SYN0，SYN1，SYN2，SYN3，SYN4，SYN5分时选通64个通道回波信号的功能。由于EN始终为低电平信号，因此保证了AD8184的选通信号能够起作用。 4　结论 利用Advanced Protel PLD99的硬件描述语言CUPL进行PLD设计，具有设计简单、可操作性强的优点，在采用可编程逻辑器件进行系统设计时，由于其硬件描述语言CUPL能够定义内部逻辑和外接管脚的功能，而且在设计中根本不必考虑逻辑器件内部连线和组合逻辑阵列?Interconnect And Combinato-rial Logical，再加上除了系统行为和功能描述外，所有设计过程都可以用计算机自动完成，所以，通过可编程逻辑器件?FPGA?等开发工具，在实验室就可以设计出专用的集成电路，从而真正实现电子设计自动化。由此可见：该方法并为数字系统的设计提供了非常方便的手段，灵活地解决了众多复杂的工程实践问题，从而可大大缩短研发时间。