基于可編程器件的任意進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計方法

1 引言
目前計數(shù)器設(shè)計主要有軟件、硬件電路搭建和EDA技術(shù)編程實(shí)現(xiàn)等多種方式。其中，EDA技術(shù)編程實(shí)現(xiàn)方式由于具有軟件的靈活性和接近硬件電路計數(shù)器的最高計數(shù)頻率而應(yīng)用廣泛。但對于位寬8 bit以上，模式較復(fù)雜的計數(shù)器采用EDA技術(shù)編程、調(diào)試卻非常繁瑣。Altera公司考慮到工程上的具體應(yīng)用，增加MAX+plus II設(shè)計軟件的靈活性，設(shè)置LPM(Librarv of Parameterized Moclules)元件庫供設(shè)計人員使用。該庫包含一些常用功能模塊所生成的元件，其元件引腳和參數(shù)由用戶直接指定，可適應(yīng)不同設(shè)計需要(如利用LPM元件庫中的lpm_counter元件設(shè)計任意進(jìn)制計數(shù)器)。使用LPM元件庫優(yōu)點(diǎn)如下：(1)LPM設(shè)計的電路與結(jié)構(gòu)無關(guān)；(2)設(shè)計人員利用LPM設(shè)計時，不用擔(dān)心芯片利用率和效率等問題，無需自行設(shè)計基本的標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元來構(gòu)造某種功能，直到設(shè)計結(jié)束，設(shè)計人員都無需考慮其最終結(jié)構(gòu)，設(shè)計輸入和模擬仿真獨(dú)立于物理結(jié)構(gòu)。作為EDIF(電子設(shè)計交換格式)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，LPM得到EDA界的廣泛支持。

2 lpm_counter元件介紹
lpm_counter是LPM元件庫的可調(diào)參數(shù)計數(shù)器元件，其最大計數(shù)位寬為32 bit，最小計數(shù)時鐘周期達(dá)8 ns(125 MHz，使用EPM7032LC44-6實(shí)現(xiàn))；實(shí)現(xiàn)加、減或可逆計數(shù)；同步或異步清零/置數(shù)功能可選；通過參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制、輸出位寬不超過32 bit的加、減或可逆同步／異步計數(shù)器。
2．1 引腳及功能描述
1pm_counter元件的引腳端中，只有時鐘端是必選的，需要外界提供計數(shù)信號；其他引腳端都為可選，當(dāng)這些引腳端未選中時，其值為缺省值，引腳在計數(shù)器圖形符號中不顯示。
各引腳端功能描述如下：
data[]：數(shù)據(jù)輸入總線端，輸入信號位寬由LPM_WIDTH決定，用于異步或同步置數(shù)。
clock：時鐘端，上升沿觸發(fā)。
clk_en：時鐘信號輸入允許端；缺省值為“1”(允許)。
cnt_en：計數(shù)允許端，缺省值為“1”(允許)。在同步置數(shù)、同步輸入設(shè)置或同步清零時為“0”(禁止)。
updown：計數(shù)方向控制端，缺省值為“l(fā)”(加計數(shù))。若選擇“LPM_DIRECTION”參數(shù)，則該引腳端禁止使用。
cin：低位進(jìn)位端，若省略，其缺省值為“0”。
aclr：異步清零端，缺省值為“0”(禁止)。如果同時輸入異步清零和異步輸入設(shè)置信號，則異步清零信號有效，屏蔽異步輸入設(shè)置信號。
aset：異步輸入設(shè)置端，缺省值為“0”(禁止)。當(dāng)aset端輸入“1”時，q[]輸出全“1”或為“LPM_AVALUE”指定值。
aload：異步置數(shù)端，缺省值為“O”(禁止)。若選用“異步置數(shù)”端，必須連接“data[]”端。該aload端可置入計數(shù)初始值。
sclr：同步清零端，缺省值為“O”(禁止)。如果同時輸入同步清零和同步輸入設(shè)置信號，則同步清零信號有效，屏蔽同步輸入設(shè)置信號。
sset：同步輸入設(shè)置端，缺省值為“0”(禁止)。當(dāng)sset端輸入“1”時，q[]輸出全“l(fā)”或為“LPM_SVALUE”指定值。
sload：同步置數(shù)端，缺省值為“O”(禁止)。若選用“同步置數(shù)”端，必須連接“dat[]”端。該sload端可置入計數(shù)初始值。
q[]：計數(shù)值輸出端，輸出位寬由“LPM_WIDTH”決定。
eq[15．．0]：輸出端，計數(shù)器模值必須小于16。當(dāng)計數(shù)值為c時，則輸出端eq[c]為1(高電平)。例如：當(dāng)計數(shù)值c=0時，則輸出端eq[0]=l；當(dāng)計數(shù)值c=1時，則輸出端eq[1]=1；……。
cout:進(jìn)位端。
2．2 參數(shù)及功能
lpm_counter元件參數(shù)中LPM_WIDTH參數(shù)是必選項．其他參數(shù)為可選項。各參數(shù)的功能說明如下：
LPM_WIDTH(計數(shù)位寬)：該參數(shù)最大取值為32。它決定計數(shù)器置數(shù)端(data[])和輸出端(q[])的位寬；決定LPM_MODULUS的最大取值(2 LPM_WIDTH)。若LPM_MODULUS參數(shù)取值大于2 LPM_WIDTH，則計數(shù)器不能正常工作。
LPM_DIRECTION(計數(shù)方向)：有“UP”，“DOWN”和“UNUSED”3種取值。如果使用LPM_DIRECTION參數(shù)，則updown端不連接，其參數(shù)默認(rèn)值為“UP”。
LPM_MODULUS(計數(shù)模數(shù))：該參數(shù)決定計數(shù)器的進(jìn)制：如果該參數(shù)不設(shè)置，則其缺省值為二進(jìn)制，且其最大計數(shù)值為2 LPM_WIDTH；如果aload(或sload、asel、sset)所置數(shù)值比LPM_MODULUS參數(shù)大，則計數(shù)值出錯。
LPM_AVALUE(異步計數(shù)初值)：如果aset=1，則該計數(shù)初值被加載。如果該指定值比LPM_MODULUS大，則計數(shù)器輸出值出錯。
LPM_SVALUE(同步計數(shù)初值)：如果sset=1，則該計數(shù)初值被加載。如果該指定值比LPM_MODULUS大，則計數(shù)器輸出值出錯。

3 設(shè)計實(shí)例
某型帶峰谷費(fèi)率設(shè)置的數(shù)字電能表要安裝一實(shí)時鐘模塊，實(shí)現(xiàn)日、時、分、秒等計時功能，實(shí)現(xiàn)不同時段用戶所耗電能以不同費(fèi)率計費(fèi)。圖l為該電能表計時模塊原理框圖。