安徽工业大学 胡雪峰

    1 引 言

    电子产品的多样性，小批量和周期性短是21世纪制造业的鲜明特征，对设计工作提出了更新更高的要求。如何在产品改进或开发新产品时减少重设计和修改设计的工作量，缩短设计周期、提高产品可靠性是制造行业面临的重要课题。电子系统的柔性设计是采用电路结构重置技术，将多个针对不同功能要求设计好的配置文件分别存放在不同的地址空间，根据不同的外部命令，使所需的配置文件在线下载到具有重置功能的电子器件(如fpga)中，以时分复用的形式分别完成各个功能。这种设计方式可以极大地提高电路系统的硬件功能灵活性。同一电路系统在没有发生任何外在结构上的改变时，通过来自外部不同的命令信号，电路系统的结构和功能将在瞬间发生改变，从而使单一电路系统具有许多不同电路结构的功能。

    现场可编程门阵列fpga是近十多年发展起来的新型可编程逻辑器件，利用fpga的icr特性进行电路系统的柔性设计，无疑将会减少重设计和修改设计的工作量、缩短系统的设计周期、提高系统的通用性和性价比，增强企业的竞争能力。

    2 课题设计

    设计一电子系统，不改变电路结构的条件下能够分别完成温度、电动自行车速度和心率信号的测量与显示，外加一个扩展功能，设计具体要求如下。

    (1) 测量结果用十进制显示，温度的测量范围0～100℃，电动自行车速度的测量范围0～0.60 km／min，心率测量范围10～200跳／min；

    (2) 测量值用3位数码管显示，小数点能自动移动，且小数点左边1位以上的零自动熄灭；

    (3) 具有超量程报警功能，在超出口前测量参数的测量范围时，发出灯光信号；

    (4) 电路结构尽量简单。

    3 系统硬件设计

    3.1 基于icr技术的fpga部分硬件电路设计

    根据课题要求，设计fpga部分硬件电路如图1所示。fpga芯片选用altera公司的中档器件flex-epf10k10lc84-4，他是基于sram lut结构的fpga器件。根据传送数据的方式，flex10k可以使用4种配置模式，即：主动串行(as)、被动串行(ps)、被动并行同步(pps)、被动并行异步(ppa)。由于ppa配置模式为并行配置，其配置速度快，且配置时钟由fpga内部产生，更有利于在线实现，本文就是采用ppa方式来实现电路系统的在线重构。ppa方式配置时应注意以下几点：

    (1) 当mesl0，mesl1均接高电平时，为ppa模式。

    (2) ncs和cs两个片选信号只需用一个，另一个必须将其直接置为有效位。

    (3) nrs为读选通输人信号，低输人时引导flex-iok将rdynbsy信号置于data7引脚。当nrs不用时，必须将其置为高。

    (4) nce为flex10k器件的使能输人，nce为低时使能配置过程，而且为单片配置时，nce必须始终为低。

    (5) data[7..0]接到at89c52的p07～p00，nws为写选通输人，由低到高的跳变时锁存data[7..0]引脚上的字节数据。

    (6) nstatus和conf done引脚由于是双向漏极开路端口，所以在作输出使用时，应该经过1.0 kω的电阻上拉到vcc。其他细节可参考ppa配置方式的工作时序。

    图1中adc0804是cmos 8位单通道逐次渐近型的模／数转换器，其主要性能指标有：工作电压+5 v、模拟输入电压范围0～5 v、参考电压2.5 v，分辨率8位。74ls245位总线收发器，用来加强数据总线的驱动能力。

    3.2 配置电路硬件设计及其工作原理

    在fpga的实际应用中，用单片机来配置fpga可以很好地解决系统保密和可升级的问题。基于at-mel89c52