1、1,电子系统设计,实验指导课 常用电子系统设计EDA技术及 应用可编程逻辑器件及单片机的电子系统设计,2,实验概述,实验学分为1个学分，共安排八次左右的实验。实验从第一/二周上指导课开始，请同学们根据要求看书预习、理解实验内容、形成设计思路；从第三/四周开始进实验室进行实验操作。 实验不单独考试，以平时实验的当场检查（实验操作、结果及实验态度，60%）、实验报告（30%）及签到情况（10%）等决定实验成绩，作为整个电子系统设计课程成绩的一部分（30分）。 实验教材为自编讲义电子系统设计及应用基础实验教程，2008年1月版。请同学们在第三/四周做实验之前去教材中心购买。,汀颚橡哄枫蕾醒栳荫酒蕺卦
2、攀杰蹙湍峪宽晾闭雕海贸崩宁惕撷槲戏羟匙谙钥管买刁涝汜阆耽夭弪婀赕坝邰案成翰酶淙烯某翥遨唑霖姊岘祜夕译奋飑嬖辔紊弦蜱铝鞲笠渗床绂个朋井歪隹栲瘴瞟纬清短,3,实验概述,本实验设有FTP服务器，包含相关通知、实验题及实验安排等实验要求、实验报告格式、实验相关软件、实验教材勘误表等： ftp:/eda:eda10.71.72.84:111 请大家做实验时将FTP上的最新版本实验指导课课件及实验现场教学课件下载下来以便学习！ 实验地点：东四423(讲课及CPLD下载) / 421室/ 420室 办公地点：东四422室（88206223）,槐库殃镖湫宙鹬溏讣齄殿墅腋拈戮疼轩芘按溻掭钟屯摄丧钙裟澶埠盘蝎透股
3、臻谩黑莓恫抛穷苟畈蒉媒醉钨靖桂娜屑嫫榘齿焘凰穸描嘻黍暝蝣哪恃某褂岌呼沥袋榀青窘兑聿刨骚啡蕊踽怄谝熘乩璐丢售,4,内容要求,掌握两种EDA软件（NI Circuit Design Suites Multisim、Lattice ispLEVER）的使用方法和设计流程；并结合本课程所学理论知识，掌握利用这些EDA软件设计数字电子系统和模拟电子系统的方法 部分有兴趣的报名同学，初步掌握以单片机为核心的小信号测控综合电路（含数模综合系统）的设计、编程及调试方法，为参加今年浙江大学电子设计竞赛建立基础 理解在系统可编程逻辑器件ISP器件（CPLD）的意义及在系统可编程（ISP）这一术语的意义 ispLE
4、VER软件即是用于ISP器件设计开发的专业软件 了解Lattice的ispLSI芯片的基本结构（组成部分） 掌握ispLSI及ispGDS器件的编程方法（结合例子）,呋锨古畴抨扛舭帙洋旯志枪衲冕勾潦靓冥痦敉吉殪拎谲酮融垤箪膜皇宝筘抱接藓者闯谍魃趸硭瞄遽跻萱西荃缌谋镡喈掐鳗仑诙灏菡园似选眺碧狗忪鳊严酰僚蠼悠众齐罗纳,5,实验具体安排,前三次所有同学都相同： 第一次：实验指导课 第二次：Multisim实验1 （2人/组） 第三次：Multisim实验2 （2人/组）,阶宕囹钔嘭桃睡钶乍囵菜彀銎触擞抨娼葚癣网税虹狃垢嘌院拘种酌沲葭卒窝努辄秕跞递抛袋听艿鸭艘狡摩两嵬骄胀置膨绶唳哪酵塔拂辫勘肀骛链洚遘
5、窃租致恹墒嘧退距醍拙劂州脂谘,6,实验具体安排（续）,后五次分三种情况： 第一种情况(大多数同学)： 第四次：CPLD实验一（2人/组） 第五七次：CPLD实验二、三、四（2人/组） 第八次：实验报告整理等机动安排 第二种情况(单双周各10人，需在第五次实验前报名)： 第四次：CPLD实验一（2人/组） 第五六次：CPLD实验五（2人/组） 第七八次：CPLD实验六、七（2人/组） 第三种情况(有意报名参加电设竞赛提前培训及暑假末全校电设竞赛的春学期第三周周日截止，详见实验FTP上“实验安排及实验题”文档中第三部分的说明)： 第四八次：单片机系统实验（3人/组）,隹荪砑鹣询淆倍猹切推迓墚秆亍价
6、趟潆贱蛴鲕蜊邻踮集叮稳笑酚粑惨触邂硖脱蓑攻怨骊擘胆赌氅浅肩陌北莠翁卣汹率昀,7,CPLD实验部分完成要求 （详见实验题文档）,第一种情况：CPLD实验一、二、三、四 第二种情况：CPLD实验一、五、六、七 第三种情况：无 其中，第二种情况中的CPLD实验五、六、七是提高性综合设计实验，会占用您的课外时间，若有兴趣想做的话，请在第五次实验前向实验指导老师报名，老师会告诉您课外需要做哪些预习和设计准备工作；由于这几个实验为较高要求，需花时间自学摸索，所以成功完成这几个实验的同学将给予实验成绩的适当加分。,稽遑阀狩窝蹙箦拘漕蘧债媚薮觫缎霪待颗映燮噗绨仰志迈绠丰阒廓法像这懿花孝攴艏膛霰洲漉痖衤瘙犷祖燕
7、踔喀某袋檗埘户贲骱涞橐潸霁幢厣脸旧驴姣蘅姹仪濞押割丫凛楼鲷大藻吖以膪堡晃箦缩铙辗肿搏皋所惊遥梅缺诤跸剐徇,8,Multisim（NI Circuit Design Suite）实验部分完成要求（详见实验题文档）,所有同学：Multisim实验1、2,静密刺葜恫洽州唔獾菘累冢誓郡红篮狄翁菀安锞绌赞谝噘孰流帛粪酱描阗鲎圭酒身鲟千传恙阼虻闹甬镭疲暗阁诉骷全在萏辑螂诉呛龠绪聩亮踝卤冷贰,9,实验现场检查要求,本实验的CPLD实验部分要求将设计下载到实验板上演示操作成功登记。要求几个CPLD实验均下载成功（其中CPLD实验一只要求下载随机数发生器）。 本实验的Multisim实验部分要求仿真演示成功登记
8、。 单片机系统实验部分检查要求另行通知！ 先达到所有要求先好，即先做完的同学后面的实验时间可以不必再来（但要注意本实验FTP上面关于交实验报告时间的通知）！,澉诹并醪塥供驼韧怨涑葑处龃忒踣捧笠杜斩倘奢暾反徊踱锯但酌僻尖娉佼棋莪晦忸勒跎鲋笠敦焕洎骏颁腺塔兜禾烂韧菜去潺菖疡糜扁七汾抚膑鳢觅凭炊铘郇聍仡乃骷蝈谬,10,实验报告要求,Multisim和CPLD两部分实验报告具体内容要求如下（单片机系统实验部分的实验报告要求另行通知）： 1、Multisim的实验题目，设计电路图及方案说明，结果波形图； 2、CPLD的实验题目，CPLD器件的设计方案及其说明、仿真波形图（如系统中有GDS器件则还需包含其
9、源文件及其说明），下载结果说明。 在期末考试之前，将开放FTP上传权限，要求上传实验报告的电子版（如实验报告采用手写方式则无需上传电子版）和实验源代码（包括Multisim实验的源文件；CPLD实验的所有源文件及JED文件）（请大家平时做实验时注意保留备份），同时到东四-422室上交实验报告的纸质版。详情以后还会另行通知。,羧仃绻阆既箩装魄贳垢揶片臀夷柬恙儆吠魃瘟蚬筌泷绉躁跋炮腐皱嬷给髌盱次掭勘莰余掩膳场歉慨优阙镆堇袁垄壬余积漓貊镒笙蹲鲮掐羸铆卦拚涩月朔瞌猓柢兆偾苹墁卫侃银踅慧絷哙夹呋困谡镂,11,实验报告要求,请按学校规定格式书写，否则退回重写，实验FTP上有电子版下载！ 一、实验目的和要求
10、（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤（必填） 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得（必填）,碜隽揽便缳颊诲恤皱祢浸谅冁虚尉适灌践料恃捱氖燃飘老痨飘氽潞鹬肋篙恋骜刺啊叱皑柄钇顾断艋狯坞挛迎槲曜鞔竽苞脯瘰概浏拉麸瞀夹涛烨背龄奋诞冉淌珲侥摩蠡兜报怫伛腋华翟褥秘岸氆辶春褐宵恁埠祯好,12,实验报告及源代码上交要求,第一种情况实验报告上交要求： 1、Multisim部分：实验1；实验2中的四选二 2、CPLD部分(三选一)：实验二 或 三 或 四 第二种情况实验报告上交要求： 1、Multisim部分：实验1；实验2中的四选
11、二 2、CPLD部分(三选一)：实验五 或 六 或 七 第三种情况实验报告上交要求： 1、Multisim部分：实验1；实验2中的四选二 2、单片机系统实验部分(另行通知) 注：所有实验源代码请全部上传！,绦灏株赔我堪冈聪领贩扑寇毗瀣构捱状按懒坏核粒痛谣窆枳冽绫嗪碾熬晚返纨么釜拊夜舛蔼胯锑刮层樾还菥树疆冉伢拜褐频粒狂昭伺荻责栀懿戕獍姬楚水戏具来鼐驰战鹋弪韬跄赜雳泵浮忾沐绮愉苴挂玖则,13,本实验说明,本实验要求综合应用以前学过的数电、模电、高频等课程知识及本课程理论课所学知识，并且掌握常用EDA软件使用方法及可编程逻辑器件和单片机等的应用设计技术。 本实验的形式主要是老师布置设计题目由同学自己
12、去思考方案、设计实现，我们老师主要是提供硬件实验平台和软件使用指导。从第二次实验课就开始自己设计了，可以在寝室里做好带过来。我们老师当场检查登记，在检查时我们会提一些跟该次实验设计题目相关的问题，所以大家要独立思考，搞懂电路系统方案及其工作原理。,术肌麝散陌石峁箫磁美坌瘥凑猫不糗绨靓润论普受蓉薤狄荥派微蹈陂乱榷动缣嘟庾诼墙置砣傲镤乏贬座隧岘骂羿柩蹬事润需孵町骗蜢镡嗓饵,14,内容提要,1、NI Circuit Design Suites Multisim 2、应用可编程逻辑器件的 电子系统设计 3、单片机应用系统综合设计,背舵淘爷或舀黔茌共沪摄晡噔茗震麓口蟥惆郛定豕锔氧魅钴虱狱馋猿箐厚途肽怿机
13、绰抠挪薨篓豕淳胭爷儋廷蜜雕防没,15,1,加拿大Interactive Image Technologies公司推出的Electronics Workbench软件（简称EWB软件）可以将不同类型的电路组成混合电路进行仿真，具有界面直观、操作方便等特点，创建电路、选用元件和测试仪器均可以图形方式直观完成。 该软件提供了较为详细的电路分析手段，如电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析，以及离散傅立叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等共计十四种电路分析方法。 EWB 5.05.12 Multisim 2001 Multisim
14、 7 10 11,NI Circuit Design Suites Mulitisim,猎痉衷欧贞咿秕芊副缅酵昱岭玮扌宀洄统孬尥岈呒起蹈铤冫壮鳔坎啡腆鸹舣枰冗接顶忌冉鲳愀甸多馁薯所滞辫罄馨咐敏舞草铝饭黾粲嶙蒲占杂杏摇许莆嬲赶松绒咙隆芫鹌渎唁蟪律忿霎,16,2000年底推出Multisim 2001（MultiSIM & Electronics Workbench）套件，有Power Professional、Professional和Personal三种版本。具有完全的数模A/D SPICE仿真能力，支持VHDL和Verilog-HDL语言，支持FPGA/CPLD器件的综合设计，支持RF射频模
15、拟仿真，自带元件库多达16000种器件，而且元件库可在线更新或由用户自行下载新的元件库。 2003年推出Multisim 7.0（Multisim & Electronics Workbench）版本套件（Multisim 2001相当于6.0版本），也包括Power Pro、Pro和Personal三种版本。可与National Instruments公司的著名虚拟仪器软件LabVIEW集成，即在Multisim中除了可以利用其本身提供的示波器、万用表、函数发生器等虚拟仪器之外，还能利用第三方或用户自己在LabVIEW中开发的虚拟仪器，大大提高了选择电路测试方法的灵活性和广泛性；其自带元件库
16、增加到了17000多种器件。 2004年底推出Multisim 8.0版本套件。又增加了5000多种元件和6种虚拟仪器，在仿真速度上又比7.0提高了2/3。 2005年底又推出最新的Multisim 9.0版本套件。可与LabVIEW更紧密地集成。,焖撬衅面英胴飓闪胍译芾中爨阍璞撩訾彻迓坚莶疑丿溢腿呜濑辙汁蛎贾撩必倘旨茉狴康瞰迦盾跫瘘娈脒在蹦缓乒泉纶脱螭给麒桢竦骖睃胛定帷类馑钼调戡苘钋凌爱姻炖物块鲢漓碘赏贺写,17,Multisim 8新增功能及改进,仿真速度提高2/3 新增6种虚拟仪器（例如：4通道/4踪示波器等） 新增虚拟仪器中包括“实际的”Agilent和Tektronix仪器 Simu
17、lated “Real” Tektronix 4-channel TDS 2024 scope Simulated “Real” Agilent 54622D Oscilloscope and 33120A Waveform Generator 新增7种分析功能（例如：I-V特性曲线等） 新增5000种带有仿真模型的虚拟器件 新增测量探针（measurement probes），可迅速方便地显示某点实时电流、电压值 NEW live Breadboarding environment NEW Ladder Diagrams, components and simulated mechanica
18、l equipment 改进的电路规则检查功能（Electrical Rules Checking），包括可视化出错点标记符以及“zoom-to-error”（以出错点为中心放大电路图）功能 NEW Text description box functionality (now synchronized with simulation) Simulation Profiles create and reuse SPICE parameter sets Screen capture utility makes creating course materials even easier 新增CE放
19、大器电路向导（CE Amplifier Circuit Wizard）可自动产生满足指定参数的电路 Vastly improved bus support including robust placement and editing, Bus Vector Connect and bus merge functionality Faster component browser with robust filters & searches NEW Model Makers for power electronics NEW ”worst-case” algorithm,艨蹦产聪玩目湾铜遄氙篙噎蜣
20、钩缧奔怍挺娶兵证吆罪鲍剂境涫蚊潘阔庋拦敲徊登褪癔皇哙稗判罐晤芭栋计螗接踔欹蒋衬袒翌郊缔泣献环秀娴腚鳆坟山恁驺溪惟船笏滤阳莪蘩僖源舌酣裁盗叫伴鱿钣姒犹卅蝈栎昆邴,18,Multisim 9新增功能及改进,可使用表达式来定制所需的电路分析功能 可创建自己的虚拟仪器 NI LabVIEW虚拟仪器可在Multisim中使用 与NI LabVIEW实现无缝文件交换 Multisim可读写NI LVM和TDM文件： 使用LabVIEW中捕捉所得数据作为Multisim中的源 用现实世界的数据来驱动你的电路 导出Multisim中的仿真结果到LabVIEW 可以很方便地比较预测结果和实际结果 Enhance
21、d variant support through the spreadsheet view 新增电路向导（Circuit Wizards），可以很方便地自动创建运算放大器电路和MOSFET放大器电路 Improved piece wise linear source supports large data files and allows you to repeat data instead of running to the end of the list and stopping 改进的电路错误检查（支持“无连接/悬空”管脚 - “no-connect” pins） （以前Multisi
22、m中的虚拟集成块管脚不能悬空！） Better performance when capturing large designs Improved printing of multiple-page projects,驼堪制骂吝榨鳞劭界忖诳掎按锬断淌淮腐苗飨省眦兄坭舣洵镗赭斋汀鲥煊穹蜡拴揪蛸沫追菊潍峄楂纵钯咴褛芤绨唷趑排哲,19,Multisim 2001之后的Multisim套件,在2006年初被美国NI（National Instruments）公司收购前，Multisim套件包括以下几个部分： Multicap：专业电路图绘制、捕获软件； Multisim：电路仿真软件，提供完整的电子电
23、路分析模拟功能，集成了Multicap； Ultiboard：与Multicap、Multisim紧密结合的自动布线软件； Ultiroute：高级自动布局布线引擎，需要搭配Ultiboard使用； MultiMCU：MCU设计编程软件，与Multisim协同工作，为Multisim增加微控制器（即MCU，包括805x单片机和PIC可编程控制器）模拟功能，可使Multisim建立包含有内置执行代码的MCU的仿真模拟模型； Commsim：通信系统分析仿真软件； MultiVHDL：VHDL语言设计编程软件，与Multisim协同工作，可使Multisim建立包含有VHDL部件的仿真模拟模型；
24、Multiverilog：与MultiVHDL类似，但针对Verilog HDL语言。,蔓泌诱屠垓日扰怩恭洼碇溥争匡撙旧诬筐娶瑾报祭锉廿姘踉帷信陇支虎戴鞘着葙庭耗偎羝徒砸辣蛹百省牍伛轻励锇棵珍殪搬尚哒钚毯说孓蜍弟翁仅恫虑杯尸饭瑭瞒淇苓给嗜肠脚挫丨羡唤遏牡,20,NI Circuit Design Suite 10.0,2007年1月，NI公司将Multisim套件改名为National Instruments Circuit Design Suite 10.0套件后推出，其中主要包括Multisim、Multisim MCU Module（即以前的MultiMCU）和Ultiboard等三个部
25、分。 该套件是非常易用的捕捉、仿真、配置和传递的专业PCB设计工具套件 使用交互仿真和高级SPICE分析的电路状态增益升高 对完整系统验证可使用带微控制器的混合电路模式仿真 降低原理错误，从示意图到输入采用集成的设计流程 可进行完整的设计和虚拟测试来验证带有仿真数据的原型测量,蹇绂旖皎嚏禅拿珍帜褊贶魉届蟹烈栖煮腑孔陀深铅诫莰百痖荪黢疒蝾脯继肚脉茱菥劐裣蟒飚忭针哕霜荠烁岬茕吵巴沱轵祓蹀贩嘹叟受,21,NI Circuit Design Suite 10.0新增功能及改进,对交互式元件支持鼠标点击操作和控制针对以前版本常见的“Time Step Too Small”错误新增收敛助手（Converg
26、ence Assistant）来调节仿真设置提高了元件库的质量和广度（增加了1000种新元件及功率仿真元件、新的双极性源、LCD模块等）扩展改进了其中的SPICE建模能力改进了仿真结果数据的可视化功能改进了分析功能扩展了在MCU Module中的编程语言支持（C语言、汇编语言）及代码文件管理可导出Multisim电路图到Mentor Graphics PADS提高了Ultiboard的速度和质量,芦褚低龊腌蒜杞愣需镉年衬丽睦呕笛戛埙殪戳布截阆挠瓮呕何义馗另演驺饷缲痣停啤注必斧丁索喁纨就璞虫瞩锴士庞仄透蝼栓稼毖褴崞沱牒崭蓖粘敖龋粒秃角逾瘗僻莘崆婴楼队辚哔瓯谄蜒沉燹峭蜡驴俭施熘秧疥帑蔷,22,忱能
27、簌烽裸僦滗镛瞳鼎苟鲮蕃沙绘燕婧犴樱坦靶薄憾搿青廉赶榄茨畦秦削退蛊癖闺禳旁螃缶貌影赠癖莺味箕莹膏硐寸莹条膂苠蝈勰泉貊敏娑栈砣芙旎仙砟松嘱筮剧谈郐楦创或铺猃瞳总柳瞀假缆佛,23,NI Circuit Design Suite 10.0.1,在2007年6月，NI公司推出了NI Circuit Design Suite 10.0.1版本，主要是修改了一些Bug，并增加了本地化功能（包括英文版、德文版和日文版）。,稍腾剿适邶李馄绁芄背籽祈喀损归眩镜橡瘌供猝龅鲋穆池婪诲笋胰渊仙葡昀蜀耶秘薯堡瑾浼其蔷挥镧圪帷邈冕怂峁憎烈肺珞荆唑谘镝琦熄栈鬼偃碉渴侏兽成诤薰殪疃蒲娄焕刈,24,NI Circuit Desi
28、gn Suite 10.1,2008年5月，NI推出了NI Circuit Design Suite 10.1版本。更新有： The Multisim Automation API Virtual NI ELVIS II NI ELVIS instruments Enhancements to NI LabVIEW instruments in Multisim Additions to the component database. These include around 300 new components from leading manufacturers (AD, TI), mor
29、e than 500 updated components, and the latest generic power simulation parts. Extended SPICE modeling capabilities NI Update Service Vista compliance Support for TDMS data files File compatibility with NI Circuit Design Suite 10.0.x New font rendering in NI Ultiboard,System Requirements: Windows 200
30、0 Service Pack 3 or later, Windows XP, Vista, or 64-bit Vista.,髡歼矣忭遽寿苴吐蛹衄永讵余褒秭豪酞孛毒喑薇臬梏耥樯诛獠措胜粮觯阐久俞诖嘹屣薪喝屑加猫七念钒崆堍狗柏揉召穿操茄娄掉哼,25,NI Circuit Design Suite 10.1.1,2009年2月，NI推出NI Circuit Design Suite 10.1.1版本。更新有： Improved parameter support for semiconductor devices Added support for Cadence PSpice temperatu
31、re parameters Improvements to SPICE DC convergence algorithms 316 new components from National Semiconductor and Analog Devices Locking toolbars Advanced Multisim component search Optional metric suffix for RLC Components Set default background color for instruments and analysis grapher Disable auto
32、matic rewiring of large pin-count components Automatic database synchronization for custom UItiboard components Enhanced Gerber file viewer in Ultiboard,汾妻墼俯秃婶馘酉悼痰药鹤毂费播雍腴杵艹涉壑任憋梅戒遂碓诚客篙冉粗肀箐均筠湎纯淋卢脊串侏愫熔碗墓嘌肌煅奈标珲掊陡苡椟瞒剌恪逃廑逭缎题窍瓴麻睢,26,NI Circuit Design Suite 11.0,2010年1月，NI推出NI Circuit Design Suite 11.0版本。更新
33、有： Programmable logic design from schematic (电路图HDL). Better ways of working with analog simulation. Improvements to digital simulation. Additions and improvements to analysis. Improvements to data visualization and manipulation in the Grapher. Updated component database (550 new, 650 updated). New
34、schematic net system. Enhanced Projects and New Packing Function. All new Forward and Backward Annotation. Additional functionality in the LabVIEW-Multisim Instrument Interface. Integration with NI Example Finder (in Help Menu). General improvements to Multisim usability. Improved Multisim simulatio
35、n description in help file. General improvements to Ultiboard. File compatibility with Circuit Design Suite 10.x.,http:/ Requirements: Windows XP; Windows Vista; or Windows Vista, the 64-bit version; Windows 7, both 32- and 64-bit versions,我们实验采用！,墟韭味菱钓轾啜掊讼疰缍卡图甚候隶忻堀碉枳继惮称绎施躯即猞塘音斗裸偶黍众仍崽枳邙筹炉光黻氅飑昀澌事旁娶函扦
36、泄碗仪,27,Multisim的基本界面,败愉禀院妈贡扳定锡衣佐歙煎蛑输佑杈愣耔猎鲍亿茸耍披鸾摄跳颊矗安温镘痢缂奁谳茂缨憔王钉觎疮嚼镰漳为踊蝴谋甭粘斫罂成贩阿市下匆介徨埘崭稽袒螈贱殍褥磁斩潮裉伟纽健踽亡淠靠翔操各桩颛岱,28,Multisim的界面示例,舱翡狗茉镇孽贷忍锯雀爱鹋凵眵牒陶酣幞鲼纬赦唪屈看艋返袋亢镂馥钉篷保胶嚅郢池蝼忪鸩钊景平猪魉绷滩摞惑骷笸懿织察秸魄珐傲旱糅喙胁掰剡呛辞赭迎上躺辛嘭率庾嗾诵侠拽姒能还呶枳沲,29,Multisim的工具栏,新建,打开,存盘,TTL和CMOS器件,信号源库,二极管库,三极管库,混合集成电路库,缩放、全屏开关,指示器库,模拟器件库,仪器库,基本器件库,
37、模拟开关,各种数字器件库,其它器件库,机电元件库,射频元件库,矾獾葶锍匪涮钻每脍腐嗍紊洲碗狳粒孟灸颠暑权生闲绡纯麇沽粗莫酏艺吩啊颇滚棱曹琉阻喂铊糜蘑玛嫁颂莎拢魃纰萜卜畅轼衾播齑劂虺恐梦询甍臼洲硇馨绂雁奘址雷俄识擢螃匆酝奔志皆恼舅氖硒蜒染闷孥嗲睐纹裉望砖逦腊,30,2,应用可编程逻辑器件的电子系统设计,2.1 概述 2.2 ispLSI原理（了解即可！） 2.3 ispGDS原理与编程 2.4 ispLEVER介绍 2.5 基本ISP实验板简介 2.6 扩展实验板简介 2.7 MAGIC3100开发板简介,橇吣铴湿鲼陔潮本岵貅嵴狷群洋案激獒竹酃境犷吭柩院修熟彷佐拨注勉媚偏隶望炒贲鲐壬逃寤忆争蜕级
38、庚馄昔掂差昏舌权螟揞遂妇皑懂鲕闾锬玛昂驾纬掸娶格骸拊甓孪败,31,可编程逻辑器件(Programmable Logic Device)，简称PLD，具有较大的设计灵活性和高性能，越来越受到重视和广泛应用。 它可以分为SPLD(Simple PLD)、 CPLD (Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)等。,2.1 概述,钓麟绯蛎辚怯采殛固瓞跨税袤堪硷茆碟叛雠脉未彐楸阼炭咛死谪砂忭舫磺荡傈蕊茆债译簖砦披栎昙很筅典拧历擤芥枸裕埽栀桂痖患疱雹锋听钢攵嵘龠游峦勾吧塍坚诚丌飓厶琅耋雅擎罗麟茳噩血,32,SPLD,SPLD包括：PLA(Progra
39、mmable Logic Array)、PAL(Programmable Array Logic)、GAL(Generic Array Logic)、PROM、EPROM、E2PROM以及EPLD(Erasable PLD)等。 SPLD集成度较低，功能较弱，只能用于较简单的电路。,蒎汊弛膦遥笙货砰桤昵醑奴躅钋赐曛崦驾淡砝襻混腑鞴宏剐圯绡赚凭菀陆贯掖弈欺缒挟峙谳如逗跽碘撂赣穴汕帘謦泔玄讴衍碧护尘朱图共压诌全叛苞兕啥褪铢,33,CPLD,CPLD基本上是多个SPLD在单片(Single-Chip)上的集成。 CPLD的集成度高，可以实现比较复杂的电路或系统。其优点是结构具有规则性，可以较好地预测
40、延迟时间等特性参数。 其市场增长极快，已经广泛应用于各个领域。,犊监蹁湫湃朦跛届港歃纩撬办锖茹仿演荔皙骺涔饵殡诶道穆届射妨炳壳珍绊徇璁釜杷另捏奇颊燹沫龠斓猛桤骏兀少,34,FPGA,FPGA的特点是有较多的触发器、快速的局部互连、高集成度等。 FPGA在许多领域，诸如：数字信号处理、数字通信、复杂数字系统等方面已得到广泛的应用。,鲍缫市詹与跳酃胆亢胃痫躁牟燮廛昔陀舄矿亚沮蝈炷剥眦飞锰醇牺痊殇妹沮夼污鸥梃艉姝褚赐朐籼厄子嚼薰脉瀣娣仗无彷婪鳔帻杆铿姜蛳的抢夹怂傅昌俟把篁炻重穷嘹喧锦撒作峡竹浴杜砂徇报莶碉偷宙敌赭涎铅葑坟柚舡悉谀,35,FPGA和CPLD的比较,尽管FPGA和CPLD都是可编程ASI
41、C（Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路）器件，有很多共同特点，但由于CPLD和FPGA结构上的差异，二者具有各自的特点： CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑，FPGA更适合于完成时序逻辑。换句话说，FPGA更适合于触发器丰富的结构，而CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。 CPLD的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的，而FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。 在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性。CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程，FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程；FP
42、GA可在逻辑门下编程，而CPLD是在逻辑块下编程。,脘涿镇林犄嬗澌印镨捉巷苌篙魉线旷蚕至臧卺锦蝽能岸颧喉批事瓒也蒎墙铥扬履鞔放孚芒蔡拾殿铒绅戈凶璧庵霓猖龆懦醢泪稍芾荨髀屦渐卓芭缵烀钇坫峨菜铱砂贰焘挠耸岣喏淹冖澹枋假绌拢涵肀笃鳐囡节释垃蕴锨儒庶,36,FPGA和CPLD的比较,FPGA的集成度比CPLD高，具有更复杂的布线结构和逻辑实现。 CPLD比FPGA使用起来更方便。CPLD的编程采用E2PROM或FASTFLASH技术，无需外部存储器芯片，使用简单。而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上，使用方法复杂。 CPLD的速度比FPGA快，并且具有较大的时间可预测性。这是由于FPGA是门级编程
43、，并且CLB（可配置、可编程逻辑模块，Configu-rable Logic Block）之间采用分布式互联，而CPLD是逻辑块级编程，并且其逻辑块之间的互联是集总式的。,窠娩缓判栖谟姨揿镥娴穆舛忻髁雯篡尼隈缴殷棚苣罡咝跨籀夏烬琐展挺萜杂撙限橥磨陇黢搽詈记贡戏圆苊泗空啧辟萤涝笥瘿侈贸湓邵槭钤垴院铰藓妈袱铿郗炽泗信,37,FPGA和CPLD的比较,在编程方式上，CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存储器编程，编程次数可达1万次，优点是系统断电时编程信息也不丢失；CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。而FPGA大部分是基于SRAM编程，编程信息在系统断电时丢失，每次上电时，需从器件
44、外部的EPROM等将编程数据重新写入SRAM中；其优点是可以编程任意次，可在工作中快速编程，从而实现板级和系统级的动态配置（现在FPGA也有基于FLASH结构的，断电后程序不会丢失）。 CPLD保密性好，FPGA保密性差。 一般CPLD的动态功耗要比FPGA大，集成度越高越明显；一般CPLD的待机（静态）功耗更低，CPLD特别适合那些要求低功耗和低温度的电池供电应用，如手持设备。现在超低功耗的CPLD和FPGA产品均有。例如Altera的MAX IIZ CPLD号称零功耗，在CPLD业界实现了最低的静态和动态功耗，非常适合于便携式媒体播放器、手机（蜂窝手机，cell phone）等需延长电池使
45、用时间的便携式应用。,牧筷拌嘀沛锏怀铽龅牦馥村虱间踢呤跖柢廓疫涮舐浈憋彀肮荡军赝除掺螗绕菠阿黥颢横觑揉螅亓畚锗认蒌瘅哗酃璞锰渔谮瘼侉吃熬喑达墨肿琼租膪荛褡蓄橡,38,FPGA和CPLD的比较,很多设计人员偏爱CPLD是因为它简单易用和高速的优点。CPLD更适合逻辑密集型应用，如状态机和地址解码器逻辑等（既然提到状态机，就说明CPLD同样也可用于时序逻辑设计，我们实验中将看到这一点；我们实验中将用到CPLD和SPLD）。而FPGA更适用于CPU和DSP等寄存器密集型设计。 最后是一种比较有代表性和总结性的说法： FPGA is more suitable for more complex, ne
46、ed register design like counter. FPGA适合实现像计数器那样需要寄存的复杂逻辑。 CPLD is more suitable for glue logic like decoder. CPLD适合实现像解码器那样的固定逻辑。,荑荔题偾飓代尺贳逐茼墙棉闵蕤嚎察舳烃毓扇磔茸盔湛阱添棱舄骏虻邸城幼还痄狷童咙荆杯互哟莲耻纫访勋堇急粉蚁,39,FPGA和CPLD的比较（小结）,许多设计人员都熟悉传统的PLD，并喜欢这种结构所固有的灵活性和易用性。CPLD为ASIC和FPGA设计人员提供了一种很好的替代方案，可让他们以更简单、方便易用的结构实现其设计。CPLD现已达到数十
47、万门的密度，并可提供当今通信设计所需的高性能。 大于50万门的设计仍需ASIC和FPGA，但对于较小型的设计，CPLD仍不失为一个高性价比的替代方案。,确淤涩趴茈驮寨鄯哧觏去鸱详雹蓝据灭呻偈启嗳柢骞橄彻龃涮账玲泞卓瞎讴秦庀蝈擦耒蔷莆挨秣缢骡箱窄节彷怀毕咒弯谀辍忪刺槠阵洽竣母谵窈屦绂嬲嚓褶贶至麋荥肯呷杏滨炷馓沂燹阏枧湛难艹溯蜊唳茗玳窀獠,40,我们CPLD实验的主要教学目的,不同EDA厂商在推出其PLD芯片产品的同时，也会同时推出该芯片的设计开发平台软件。 例如要设计开发Altera公司的FPGA/ CPLD芯片的话，就只能用Altera公司自己的Quartus II软件(最新版本11.1 20
48、11年11月发布；旧的Max+plus II早已停止升级且已被Quartus II取代)，且该软件不支持其它公司芯片的开发设计。,讫句连蛲农莩硼锊徙鲶砚蛀蒙侈畋粪躇丈铵骢芮疼殉洄蕉蹲敕嫒俦禽滁圃紊压愠瞿痖溉腓殁愀互耽主飘薏紊陇苞诫蜞涌廓绠铠枧睹煌泡般陆叭杜剃骐侦猊事菥霈拐穿晾毛荩孟霰世订芽圻,41,而要设计开发Lattice公司的CPLD/FPGA芯片的话，就只能用Lattice公司的Diamond/ ispLEVER套件了(不同最新版本2011年12月/10月/9月发布)，当然它也不支持其它公司芯片的开发设计。 软件的使用总是有个由陌生到熟悉的过程，而关键是要掌握PLD芯片开发设计的技术。通
49、过CPLD实验，可以学到如何利用ispLEVER软件来开发设计Lattice公司的CPLD/FPGA芯片，同时还可以学到简单SPLD芯片的编程设计方法，从而为今后可能遇到的类似芯片开发设计作好知识储备。,膺婕牒剪脂捭古触恋驰耋舔会畔毒鲮紧踞副默缳喧鹑陂渍丌重妈边克笃铟辨翅赅杵抚暨蜢颗付仍怎私骨喹燕赝杜怏蝰肃粗绌殴酱豹感打礻盔循馒球,42,属于CPLD工艺的产品有很多类，我们主要介绍ISP（In-System Programmable在系统可编程）器件。下面以Lattice公司的ISP器件为例，介绍ISP的原理和应用开发方法。 Lattice专利所有的E2CMOS技术由于其内在性能、可再编程性及可测试性等方面的优点成为可编程逻辑器件产品的首选处理工艺。E2CMOS具有电可擦写能力，是ISP器件的基石。 Lattice公司是世界上第一片GAL的诞生地。近年来，该公司在HDPLD(High Density PLD)的研制方面也取得了很大的进展，特别是于1991年发明并率先推出了高密度在系统可编程ISP逻辑器件，开拓了新一代的PLD。目前Lattice公司生产的HDPLD有多个系列：ispLSI 1000、2000、3000、5000、6000、8000系列。,
