摘 要：讨论了 VHDL语言在 EDA中的诸多优点，结合定时/计数接口芯片的开发实例，讨论了ISP技术在电子设计自动化中的应用。同时给出了实例的具体例程和时序仿真波形。
关键词：在系统可编程；电子设计自动化；定时/计数接口芯片
1．引言
在计算机控制系统中，经常用到可编程接口芯片完成控制系统I/O接口。这类芯片基本都是完成单一功能接口，如果控制系统比较复杂，系统设计的硬件开销较大。另外给系统的开发过程无形之中带来较大的工作量。随着在系统可编程技术 (in system programmable，ISP)及其isPLD芯片的发展，使得电子产品的实现手段发生了根本性的变化，代表了电子设计领域的发展方向：在设计方法上，从“电路设计—硬件搭试—焊接”的传统方式到“功能设计—软件模拟—下载”的电子设计自动化(EDA)模式，大大缩短了开发周期和人力物力，在器件使用上，也由分立元件、中小规模标准芯片过渡到可编程逻辑器件。采用先进的ISP技术可以快速方便地在一片PLD上开发实现某种功能的专用集成电路(ASIC),使系统达到最简，同时具有体小量轻、功耗小、速度高(逻辑硬件执行一个操作只需若干级的器件延迟)等特点，并且由于PLD芯片可重复编程使用(高达上千次)，使得设计风险几乎为零。本文采用VHDL语言开发计算机中的接口芯片，由于占用PLD资源很少，完全可以嵌入到PLD中与其它系统资源共用同一个PLD。由于篇幅有限，本文只介绍8253其中的三种工作方式的实现方法。
2．开发实例
2．1 8253方式0——计完最后一个数时中断
这种工作方式的特点是：计数器只计一遍，当计数到0时，并不恢复计数值，不开始重新计数，且输出保持为高。只有在写入另一个计数值时，OUT变低开始新的计数。在技术过程中，可由门控信号GATE控制暂停，当GATE=0时，计数暂停，当GATE变高后就接着计数。另外，在计数过程中可改变计数值，在写入新的计数值后，计数器将按新的计数值开始计数。用VHDL语言实现的仿真如图1所示。
VHDL语言编程实现如下：
PROCESS (clk)
BEGIN
IF (clk'EVENT AND clk = '0') THEN
IF (wr = '0') THEN
count <= d;
ELSIF (count = 0) THEN
NULL;
ELSIF (gate = '1') THEN
count <= count - 1;
END IF;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS (count)
BEGIN
IF (count = 0) THEN
out0 <= '1';
ELSE
out0 <= '0';
END IF;
END PROCESS;
其中，clk为时钟输入信号，wr与CPU的wr信号相接，d为8位的数据输入，gate为门控信号，out0位计数器的输出。以下五种工作方式的端口定义与上同，不再另行说明。
第一个PROCESS语句的敏感信号是clk，clk下降沿有效。用以实现计数值的读入、减法计数、门控信号的实现、及当计数到零时停止计数。
第二个PROCESS语句的敏感信号是第一个PROCESS语句中的计数值count，用count的值控制输出out0。
2．2 8253方式2——速率发生器
这种方式中，在CPU写入计数值后，计数器将立即自动对输入时钟clk计数。在计数过程中输出out0始终保持为高，直到计数器减到1时，输出将变低，经过一个clk周期，输出恢复为高，且计数器开始重新计数。计数过程可由门控脉冲控制，当gate变低时，就暂停计数，直到gate变高时，恢复计数。在计数过程中，可以改变计数值。仿真波形如图2所示。
VHDL语言编程实现如下：
PROCESS (wr)
BEGIN
IF (wr'EVENT AND wr = '0') THEN
reg <= d;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS (clk)
BEGIN
IF (clk'EVENT AND clk = '0') THEN
IF (wr = '0') THEN
count <= reg;
ELSIF (count = 1) THEN
count <= reg;
ELSIF (gate = '1') THEN
count <= count - 1;
END IF;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS (count)
BEGIN
IF (count = 1) THEN
out0 <= '0';
ELSE
out0 <= '1';
END IF;
END PROCESS;
.2..3. 方式3——方波速率发生器
在这种方式中，CPU写完计数值后就自动开始计数，输出保持为高；当计数到一半时，输出变为低，直到计数到0，输出又变为高，重新开始计数。仿真如图3所示。
图 3 8253方式3仿真波形
VHDL语言编程实现如下：
PROCESS (wr)
BEGIN
IF (wr'EVENT AND wr = '0') THEN
reg <= d(7 DOWNTO 1) & '0';
END IF;
END PROCESS;
PROCESS (clk)
BEGIN
IF (clk'EVENT AND clk = '0') THEN
IF (wr = '0') THEN
count <= reg;
ELSIF (count = 2) THEN
count <= reg;
ELSIF (gate = '1') THEN
count <= count - 2;
END IF;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS (count)
BEGIN
IF (count = 2) THEN
out_tmp <= '1';
ELSE
out_tmp <= '0';
END IF;
END PROCESS;
PROCESS (out_tmp)
BEGIN
if (out_tmp'EVENT AND out_tmp = '0') THEN
out0 <= NOT out0;
END IF;
END PROCESS;
在8253中，若计数值为偶数，则输出为方波；若计数值为奇数，输出的波形就不是方波。在这个程序中，我对其作了少许改动：对写入的数据不论是否偶数，都将其转化为偶数。如果写入的数据是偶数则将这个数据本身传给计数器，如果写入的数据是奇数则将其减1然后再传给计数器。这样，不论写入的计数值是奇数还是偶数，都可以保证输出波形是方波。
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