基于PLD器件在万用表校验装置中的设计

柳州铁道职业技术学院 刘裕舸

引言

随着我国科技的不断创新和社会生产对于先进技术要求的不断提升，可编程器件（PLD）在生产生活中发挥着重要作用。其中的isp器件更是具有着高密度、高效率等综合优势，现如今深受广大电路设计者们的喜爱。本文综合分析了美国Lattice公司的高密度在系统可编程芯片ispLSI1016，对其在新型数字式万用表校验仪中的应用进行了深入分析。

1 isp系统概况

1.1 系统概述

近年来，PLD器件随着技术的不断创新得到了发展，系统可编程器件是其中重要一种。所谓“系统可编程”(In-System Programmability. 缩写为ISP)，是设计人员在设计的电子系统中对逻辑器件进行编程或反复编程；对电子系统中逻辑器件的逻辑重构既可在系统成型之前，又可在系统成型过程中，甚至在系统成型之后进行。它区别于传统PLD先编程后装配的模式。

1.2 ispLSI器件特点

ispLSI器件的系统编程功能拓展了人们设计、制造和维护电子系统的方法，主要在下面几个方面：

1)线路板设计：能够更早的确定线路板的布局。

2)良好的引脚处置：ispLSI器件选定后，可先固定焊接，然后再进行编程或修改，保证调试时不会损伤器件的引脚。

3)系统的重构能力：ispLSI器件在焊接好后, 即可任意的修改其逻辑功能。

4)通过软件重构系统：很容易实现现场修改ispLSI器件，可以通过外存储器或磁盘装入，通过调制解调器送入结构文件；还能够实现远程编程。

5)保密位：ispLSI器件通过一位保密位防止片内编程模式的非法复制。系统被编程，保密位就可防止对片内功能位被读取。除非芯片改写，保密位才会被擦除，因此保密位被编程后，就无法得知芯片原有的内部结构。

2 新型数字式万用表校验仪概述

万用表是电工电子测试时必备的仪表之一，很多中高等院校在开设实验实训课程中需要学生进行制作安装调教万用表。为了更好的使万用表测量精度更好，会通过万用表校验仪进行校准。万用表校验仪能够实现对万用表质量的精准检测，保证其各项参数信息维持在误差允许范围内。

目前市场上生产的万用表校验仪在设计以及应用中还有着很多问题，而且没有实现真正的智能化控制，只有少部分输出显示环节使用了少量的数字器件，很大一部分电路仍是模拟电路，同时其电路的复杂程度较高，操作不便，严重的时候还会出现安全事故。

本文以ispLSI1016芯片为控制核心，对万用表校验仪进行了重新的设计，通过少量按键输入测试命令，控制电路存储后通过控制继电器的通断进行输出，其优势在于控制部分增加了延时和泄放电路，能够有效的防止大电压电流校验输出结束之后出现电击安全事故，同时，在进行校验的过程中，无法对输出档位进行临时更改，必须在校验结束之后才能改变档位，可以防止人为的操作失误。

3 isp编程设计

3.1 isp应用软件介绍

ispDesignExpert是lattice公司比较经典的一套相对成熟的电子设计自动化软件系统，能够实现现代数字电路与系统的有效设计，并在其中发挥着重要作用。通过此软件进行数字电路与系统的设计，能够利用到原理设计、硬件描述语言、多种输入方式混合。在具体的设计中，可以便捷高效的对所设计的数字电路和系统进行功能仿真以及时序仿真。这一软件最为重要的核心系统是编译器，具备着强大的功能，可以根据编译、综合逻辑分析能力，进行系统的优化升级，把逻辑反馈到具体的器件中，实现自动的布局布线，同时能够生成编程所需要的熔丝图文件，进而利用电缆将其下载至器件内部，实现硬件电路的整体设计。

3.2 软件设计

一般情况下，在进行软件设计的时候，都会用到图形输入方法或者硬件语言描述方法，两种方法有着不同的特征和优势。其中图形输入法的优势在于能够简单便捷的完成设计操作，并且后续的调节测试相比较方便。硬件描述语言法的优势在于比较有利于进行复杂电路的设计，可以在进行复杂电路设计书写的过程中发挥良好的作用。因为本文设计的系统内部不包含特别复杂的逻辑关系，整体设计偏向简单便捷，所以使用的是图形输入方式。

在进行设计的过程中，使用了层次化设计方式，整体设计环节清晰明了。首先进行的是顶层电路的搭建，然后再进行下层电路的搭建，最终实现整体设计，从结构上来看简单易懂，便于操作。软件的逻辑仿真使用的是编写ABEL的方式进行的。本设计一共使用了40个Macrocells，12个GLBs，33个I/0s。40个NETs，实现了对于芯片资源的有效利用，没有出现资源浪费的情况。此设计在经过笔者的完善试验之后，可以成功的进行下载应用，并且完成了相应的联机调试。

Lattice公司的在系统可编程技术应用到高密度可编程器件中，能够综合体现出可编程器件的性能优势，同时具备了现场可编程逻辑阵列的高灵活性特征。本设计针对这种技术类型的器件进行了相应的开发和实际应用，实现了可编程器件在新型数字式万用表校验仪中的应用研究。

4 结语

可编程逻辑器件目前已经在工业、智能控制以及日常生活等方面发挥了重要的作用，不过在这之中还有很多研究工作需要展开，包括其综合性能的提升以及优势的发挥等。在新型数字式万用表校验仪中的应用研究只是其中的一个方面。通过对PLD可编程器件的系统重构设计，对万用表校验仪的设计提供了一个思路。可编程器件具备着多种应用优势，通过此系统相关设计，能够有效的提升工作效率，加快仪表自动化校验进程，提高专业技术水平，使我国技术监督管理事业取得发展。

[1]薛梅,王荣．可编程器件在新型数字式万用表校验仪中的应用[J]．中国现代教育装备,2006(10)∶5-6．

[2]丰琴．万用表校验系统的应用[J]．贵州电力技术,2010(4)∶72-73．

[3]熊建云．电子技术综合实验箱∶CN201320167803．7[P]．2013-08-14．

[4]郑洁,于卫,蒋步军．YDNDI型数字电子综合设计实验系统研制[J]．电气电子教学学报,2011(2)．