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在系统可编程器件isp1032E在高精度数据采集系统中的应用
在系统可编程器件isp1032E在高精度数据采集系统中的应用
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isp在系统可编程技术是相对于以往可件（PLD）实现逻辑设计时必须有专用的而言的，它不需要将isp器件拆上拆下即可实现对所需电路逻辑设计的反复设计和编程。这样就给系统设计研发、电路板调试和升级维护带来了极大的方便，从而缩短了系统的研发周期，实现了硬件电路的软件化设计。　　
相对于常用的PLD器件，isp器件具有体积小、容量大、编程方便、便于在线调试等优点，可实现较大规模的电路设计，且可实现编程加密。尤其在输入输出管脚众多的情况下，可以大大优化系统设计、节省系统空间。而相对于FPGA器件而言，isp器件的容量要小些，但其片内的逻辑一经加载就不会因掉电而再丢失。若要改变逻辑，只需通过下载重新加载即可，而无需片外扩展EPROM存储电路的结构数据，因而电路实现更为方便简单。其实，这对于一般没有过于复杂的逻辑计算的电路设计，其容量一般已经足够。下面以公司的为例，介绍isp器件在高精度数据采集系统中的应用技术。
2 isp1032E器件介绍
2．1 isp1032E的内部结构和时序模型　　
isp1032E的内部结构如图1所示。该器件有6000个门单元逻辑，192个寄存器单元，64个通用I／O，8个专用输入管脚，4个专用时钟输入，一个可提供上述各部分内部互连的集中连接池GRP。isp1032E的基本逻辑单元是万能逻辑块GLB，共32个，分别标定为A0～D7。每个GLB单元对应于18个输入单元、1个与或非逻辑阵列、4个输出单元。GLB的输入单元来自于GRP和专用输入；所有的输出单元都需进入GRP，以便于连接到其他的输入单元。& 　　
isp1032E的内部时序模型如图2所示。其中GOE0、GOE1为所有I／O单元的输出使能管脚。该管脚也可作为专用输入管脚来用。外部专用时钟输入管脚Y0与所有GLB单元的一个时钟输入脚相连；Y1进入时钟分配网络后可选择控制任何一个GLB单元的时钟输入；Y2进入时钟分配网络后可选择与任何一个GLB单元或I／O单元相连；Y3进入时钟分配网络后可选择与任何一个I／O单元相连。可用于将所有的GLB单元或I／O寄存器单元复位。
2．2系统逻辑加载的硬件实现　　
在通过硬件加载系统逻辑时，首先用Lattice公司的专用编译软件ispDesignExpert生成所需的JED熔丝图文件，再通过专用下载软件ispVMSystem中的is－pDCD（ispDaisyChainDownload）将该JED熔丝图文件转换成isp流的形式，以便于利用PC机并口将所要生成的逻辑通过下载电缆烧录到相应的isp器件中。
isp设备下载电缆的编程接口协议采用的是Lattice ISP协议或ispJTAG协议标准。1000／E和2000系列、以及ispGDS和ispGAL系列都只能通过Lattice ISP接口来进行编程；而ispLSI2000V系列只能采用ispJTAG标准进行编程；其余的ispGDX、ispLSI系列均可采用上述两种协议。& 　
通过下载电缆实现上述过程的原理图如图3所示。需要特别注意的是：图中ispEN信号与地之间必须加入0．01μF的滤波，而且该电容与脚的距离越近越好。这是因为在下载程序期间，is－pEN信号为低电平有效，这样就很容易受干扰而淹没本身很弱的有效信号。
3 软件流程
该数据采集系统的软件设计流程如图4所示。通常在设计软件时，图形输入方法与硬件语言描述方法有各自的优点。图形输入法比较简单明了，便于调试；而硬件描述语言在书写复杂电路设计中具有较大的优势。实际上，混合输入法兼有上面两种方法的优点，因而具有广泛的应用。
核心器件: isp1032E
4 在数据采集中的应用
4．1工程背景　　
现代测试系统的一个共同特点是高速、高精度和多参数综合测试。在背板式发动机参数综合测试系统中，应变、压阻、热传感器以及热电耦信号的调理输出都需要做高精度的采集与处理。为实现高精度的性能指标，充分发挥DSP速度快，运算功能强大的优势，笔者设计了以DSP为核心的处理器、以isp译码控制电路为核心的控制单元和多路模拟选择电路、程控放大电路以及程控模拟滤波电路、高精度ADC模数转换电路、DAC调零与自标定电路等组成的高精度数据采集板。该测试系统对内可以实现高精度的数据采集，对外可以通过isp译码控制经仪器总线与其它仪器板卡或互联设备进行数据通信。&&&
&4．2 系统的总体结构
图5是该高精度数据采集系统的总体结构。& 　
系统中的ADC选用公司的24位串行双通道输出模数转换器CS5397来实现高精度的数据采集。为了检测模拟通道的功能，通道输入信号可切换至内部的DAC调零与自标定电路，以便用DAC调零与自标定电路产生特定的直流与交流信号来作为标定信号此标定信号可用于标定通道的增益与零偏，并提高系统精度。为了实现理想的幅频特性，系统采用了前端模拟滤波和后端DSP数字滤波相结合的工作方式。
　　4．3 应用结果
DAC调零与自标定电路部分的isp译码控制电路（原理图方式）如图6所示。在该程序成功烧录到isp芯片后，可以通过isp地址译码来控制DAC（）串行输入数据和输入时钟的开或关，并根据该DAC的工作特性输出所需的、用于调零与自标定的模拟电压值。
　　在电路设计中，由于用到的锁存器数目繁多，而有可能造成系统资源的不足（锁存器数目不足），所以，系统专门设计有D触发器电路以解决D触发器资源不足的问题。其原理图如图7所示。
isp在系统可编程技术及其相应的器件ispLSI是Lattice公司1992年首创的。其先进的思想和灵活的在系统可编程方式极大的冲击了传统的数字电路设计，从而为数字电路设计带来了一场技术革命。
1999年11月，Lattice公司又推出了在系统可编程模拟电路ispPAC（In－System Programmability Pro－grammable Analog Circuits），从此揭开了模拟电路开发及研究的新篇章。虽然与ALTERA公司和XILINX公司相比，Lattice公司的开发工具要略逊一筹，但该公司在中小规模PLD的开发上非常有特色。特别是在99年收购了Vantis（原AMD子公司）后，Lattice公司已成为世界第三大可编程逻辑器件供应商。
参考文献 &&
[1].&EPROM&datasheet&.[2].&isp1032E&datasheet&.[3].&ispGDX&datasheet&.[4].&CS5397&datasheet&.[5].&DAC7614&datasheet&.[6].刘笃仁，杨万海。在系统可编程技术及其器件原理与应用。西安：西安科技大学出版社，2000 [7].ispDesign Expert User Manual Ver.8.0[8].林康红，等。ISP技术在现代电子系统设计中的应 用。电子技术应用，Vol.27 No.6 2001来源:
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官方公共微信　　1 ISP技术
　　可编程逻辑器件（Programmable Log Device）诞生于20世纪70年代，是一种由用户编程来实现某种特定功能的新型逻辑器件，自问世以来，经历了从PROM、PLA、PAL、GAL等低密度PLD到CPLD、LD等高密度PLD的发展过程。目前器件的集成度越来越高，功能不断增强，逻辑门数已从5000门
增加到200万门，有些甚至达到上千万门。1991年出现的ISP技术给PLD提供了新的发展空间，代表着新一代PLD技术发展的方向。它主要有以下特点：
　　（1）缩短了系统设计试制的，降低了试制成本；
　　（2）缩小了芯片的体积并简化了生产流程；
　　（3）方便了系统的维护和升级；
　　（4）提高了系统的可测试性，增加了系统的可靠性。
　　ISP器件的开发不需要编程器，可直接通过电缆将逻辑功能代码下载到器件中。VHDL语言作为主流的开发平台已被IEEE制订为IEEE1076.3标准，它用特定的语法对器件的逻辑功能进行描述，给现场系统重构和功能用户化提供了便捷的开发工具，简化了系统设计。
　　2 信号调理平台
　　信号调理平台是连接后端大型导弹装备被测对象和前端VXI模块资源的中间环节，如图1所示。它的功能主要包括以下两点：第一，在被测对象方面，它实现被测信号在调理总线上的分配、转接以及在调理模块内的放大、隔离、等变换，给VXI测试资源提供干净、稳定的被测信号。第二，在VXI模块资源方面，它负责将信号、激励信号传输到被测对象，将测试信号与被测对象进行连接、切换，并保持与VXI电气规范最大限度的兼容。
　　3 信号调理平台的实现
　　3.1 硬件框架
　　信号调理平台采用“+信号调理总线+信号调理模块”的结构形式，如图2所示。适配器汇总被测信号、测试信号和激励信号，并把它们传送到信号调理总线，通过在规范的与电气无关的信号调理总线上插接即插即用的信号调理模块，实现平台的集成。
　　为提高信号调理平台的通用化、标准化程度，调理分为控制模块、通用模块、专用模块和扩展模块，采用标准卡式结构，通过96芯DIN连接器与信号调理总线构成插拔结构，并固定在嵌入式机箱中。各模块之间的连接关系如图3所示。控制模块接收来自工控机数字I/O卡的指令，对整个调理平台实施程控管理；通用模块主要对测试信号完成动态分配和预处理，内部电路包括模块控制电路、信号分配电路、模拟信号处理电路、I/O信号处理电路等，结构如图4所示；专用模块实现某些特殊功能，如通道自检、测试某些被测对象时的特殊信号调理等；扩展模块用于系统的功能扩展。
　　3.2 信号调理模块设计
　　3.2.1 ISP器件的选择
　　通用信号调理平台对ISP器件的规模没有很高的要求，但要求其性能可靠、开发灵活、重构能力强、 通用性 好。Lattice公司的ispLSI系列、Ara公司的7000S和9000系列、Xilinx公司的XC9500系列是较为常用的ISP器件，其中，Lattice公司是ISP的率先提出者，在这方面的技术比较成熟。它的ISP芯片属于中小规模CLPD，包括6个系列，产品种类丰富、价格便宜、开发灵活，能直接应用于系统上；开发平台ispDesign EXPERT和Designer功能强大，使用简洁。该公司还在1999年率先推出了在系统可编程模拟器件（ispPAC），给模拟电路的接口设计带来了革命性突破。为此，文中信号调理平台的控制电路和数字信号调理电路采用Lattice公司的ispLSI032实现，模拟信号调理电路采用ispPAC20实现。
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