基于FPGA的核物理实验定标器的设计与实现
式阵列块（EAB s），并具有720个片内寄存器，可以在不占用内部资源的条件下实现6144 bit的片内存储器；内部模块间采用高速、延时可预测的快速通道连接；逻辑单元间具有高速、高扇出的级联链和快速进位链；片内还有三态网络和6个全局时钟、4个全局清零信号以及丰富的I/O资源；每个I/O引脚可以选择为三态控制或集电极开路输出，可以通过编程控制每个I/O引脚的速度以及I/O寄存器的使用。
FPGA使用的开发软件为MAX+PLUS II。该软件是一个集设计输入、编译、仿真和编程为一体的超级集成环境；提供了自动逻辑综合工具，可以在多个逻辑层次上对高级设计描述进行综合、优化，大大缩短了编译时间，加速了FPGA设计开发进程。MAX+PLUS II支持各种HDL输入选项，包括VHDL、Verilog HDL和ALTERA的硬件描述语言AHDL；提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74个系列的全部器件和多种特殊的逻辑宏单元（macrofunction），以及新型的参数化的巨单元（magafunction）。
FPGA设计经过4个基本阶段：设计输入、设计编译、设计验证和器件编程。首先，根据系统的逻辑功能生成顶层结构图，如图4所示。然后，分成几个小模块进行下一级设计。由此由上而下分析其逻辑功能，从底层进行设计编译，每一级都进行波形验证。当最后顶层模块的逻辑功能在波形仿真中满足系统时序要求时，才可进行器件编程。
由于FLEX10K在工作期间，将配置数据保存在SRAM中，而SRAM数据是易丢失的。SRAM单元必须在器件加电后装入配置数据，且配置完成后，它的存储器和I/O引脚必须被初化。初始化后，器件进入用户模式，开始系统运行。对于FLEX10K系列器件，Altera公司提供了4种配置方案：EPC1（或EPC1441）EPPOM方式配置法、被动串行法、被动并行同步法、被动并行异步法。对器件进行配置时，我们先用被动串行法（passive serial）。这种方式是通过下载电缆对器件进行配置的，适合于调试阶段。当整个系统设计完成后，利用EPPOM方式对器件进行配置。这样固化在EPROM中的数据将在系统上电时对FPGA芯片配置，其中EPROM芯片选用EPC1441。
3.2 FPGA单元模块设计
FPGA单元主由脉冲计数模块，定时控制模块，地址锁存、译码、总线驱动、扩展模块这3大模块组成。其中脉冲计数模块和定时控制模块用来实现对输入脉冲的计数次数的测量；地址锁存、译码、总线驱动和扩展这部分模块，主要实现各数据在总线上的分时传输。总线上的数据包括脉冲计数数据和电源模块的高压数据，以及来自单片机的数据总线D0～D7的数码显示用数据。此模块中的地址译码部分，提供锁存单元片选信号。图5所示为FPGA顶层电路图。
在具体设计时，考虑到计数脉冲宽度为0.1～100μs，最高计数率为2MHz，即计数位数达7位，所以设计中的脉冲良数模块就相当于1个7位的BCD加计数器；而定时控制模块相当于1个7位的BCD减计数器。减计数器的预置初始值由定时选择开关控制，从而控制数的时间。CLR信号为“计数键”产生的一脉冲信号，标志计数开始，而减计数器减到0时加计数器即停止计数。这部分设计通过调用MAX+PLUS II提供的库函数用AHDL语言结合图形输入完成。地址译码、锁存、总线驱动模块主要由D触发器和I/O接口设计而成。由于数据传输中用的是双向输入/输出端口，但是Altera芯片的引脚端口并不可以直接使用，需要加1个三态的逻辑门，因此，总线接口部分采用这2种函数原形（三态门和双向端口）进行组合设计。
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