用CPLD實(shí)現(xiàn)單片機(jī)讀寫模塊
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摘要：介紹實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與Xilinx公司XC9500系列可編程邏輯器件的讀寫邏輯功能模塊的接口設(shè)計(jì)，以及Xilinx公司的XC9500系列可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)流程。 關(guān)鍵詞：復(fù)雜可編程邏輯電路 微處理器 在系統(tǒng)編程 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 1 概述 CPLD（復(fù)雜可編程邏輯電路）是一種具有豐富的可編程I/O引腳的可編程邏輯器件，具有在系統(tǒng)可編程、使用方便靈活的特點(diǎn)；不但可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序邏輯功能。把CPLD應(yīng)用于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，同單片機(jī)結(jié)合起來(lái)，更能體現(xiàn)其在系統(tǒng)可編程、使用方便靈活的特點(diǎn)。CPLD同單片機(jī)接口，可以作為單片機(jī)的一個(gè)外設(shè)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)所要求的功能。例如，實(shí)現(xiàn)常用的地址譯碼、鎖存器、8255等功能；也可實(shí)現(xiàn)加密、解密及擴(kuò)展串行口等單片機(jī)所要求的特殊功能。實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的靈活性，也提高了嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的性能。 CPLD（復(fù)雜可編程邏輯電路）是一種具有豐富的可編程I/O引腳的可編程邏輯器件，具有在系統(tǒng)可編程、使用方便靈活的特點(diǎn)；不但可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序邏輯功能。把CPLD應(yīng)用于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，同單片機(jī)結(jié)合起來(lái)，更能體現(xiàn)其在系統(tǒng)可編程、使用方便靈活的特點(diǎn)。CPLD同單片機(jī)接口，可以作為單片機(jī)的一個(gè)外設(shè)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)所要求的功能。例如，實(shí)現(xiàn)常用的地址譯碼、鎖存器、8255等功能；也可實(shí)現(xiàn)加密、解密及擴(kuò)展串行口等單片機(jī)所要求的特殊功能。實(shí)現(xiàn)了嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的靈活性，也提高了嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的性能。 Xilinx公司的XC9500系列可編程邏輯器件是一款高性能、有特點(diǎn)的可編程邏輯器件。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。從結(jié)構(gòu)上看，它包含三種單元：宏單元、可編程I/O單元和可編程的內(nèi)部連線。它的主要特點(diǎn)是： ①高性能。在所有可編程引腳之間pin-pin延時(shí)5ns；系統(tǒng)的時(shí)鐘速度可達(dá)到100MHz。 ②容量范圍大。Xilinx公司的XC9500系列可編程邏輯器件的容量范圍為36～288個(gè)宏單元；可用系統(tǒng)門為800～6400個(gè)。 ③5V在系統(tǒng)可編程?？梢跃幊?0000次。 ④具有強(qiáng)大的強(qiáng)腳鎖定能力。 ⑤每個(gè)宏單元都有可編程低功耗模式。 ⑥沒(méi)有用的引腳有編程接地能力。 Xilinx的XC9500系列可編程邏輯器件的主要性能如表1所列。 3 CPLD同單片機(jī)接口設(shè)計(jì) CPLD同單片機(jī)接口原理如圖2所示。 CPLD同單片機(jī)接口設(shè)計(jì)中，單片機(jī)采用Atmel公司的AT89C52，CPLD采用Xilinx公司的XC95216。該CPLD芯片結(jié)構(gòu)及性能見(jiàn)圖1和表1。AT89C52通過(guò)ALE、CS、RD、WE、P0口（數(shù)據(jù)地址復(fù)用）同XC95216芯片相連接。
注：fCNT=16位計(jì)數(shù)器最高工作頻率；fSYSTEM=整個(gè)系統(tǒng)的最高工作效率。 ALE：地址鎖存信號(hào)。 CS：片選信號(hào)。 RD：讀信號(hào)。 WR：寫信號(hào)。 AD0～AD7：數(shù)據(jù)地址復(fù)用信號(hào)。 本例的設(shè)計(jì)思想是，在XC95216設(shè)置兩個(gè)控制寄存器，通過(guò)單片機(jī)對(duì)兩個(gè)控制寄存器的讀寫來(lái)完成對(duì)其它過(guò)程的控制。 XC95216設(shè)置的兩個(gè)控制寄存器，可以作內(nèi)部寄存器，也可以直接是映射為I/O口。 本例中，使用Xilinx公司提供的Fundation ISE 4.2i+Modelsim 5.5f軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的源文件模塊如下： /************************** //MCU和XC95216接口程序 //目的：MCU讀寫XC95216 /**************************/ module mcurw(MCU_DATA,ALE,CS,RD,WE,CONREG1,CONREG2); inout[7:0]MCU_DATA;//單片機(jī)的地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào) output[7:0]CONREG1，CONREG2；//內(nèi)部控制寄存器 input ALE; //單片機(jī)的地址鎖存信號(hào) input CS; //單片機(jī)的片選信號(hào) input RD; //單片機(jī)的讀信號(hào) input WE; //單片機(jī)的寫信號(hào) reg[7:0]LAMCU_DATA; //內(nèi)部控制寄存器 reg[7:0]ADDRESSREG; //內(nèi)部地址鎖存寄存器 reg[7:0]CONREG1; //內(nèi)部控制寄存器 reg[7:0]CONREG2; //內(nèi)部控制寄存器 assign MCU_DATA=RD?8'bzzzzzzzz:LAMCU_DATA; initial //寄存器初始化 begin LAMCU_DATA<=0； ADDRESSREG<=0; CONREG1<=0； CONREG2<=0； end always@(negedge ALE) begin ADDRESSREG<=MCU_DATA; //地址鎖存 End always@(posedge WE) begin if(!CS &&ADDRESSREG[0]= =0)） LAMCU_DATA <=CONREG1； //從地址為0的CONREG1寄存器讀數(shù)據(jù) else if(!CS&&(ADDRESSREG[0]= =1))LAMCU_DATA<=CONREG2; //從地址為1的CONREG2寄存器讀數(shù)據(jù) else LAMCU_DATA<=8'bzzzzzzzz; end else LAMCU_DATA<=8'bzzzzzzzz; End Endmodule 使用Modelsim 5.5f仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。圖中ALE、CS、RD、WE、MCU_DATA是測(cè)試激勵(lì)源信號(hào)，代表AT89C52接口信號(hào)；CONREG1和CONREG2的內(nèi)部寄存器；ADDRESSREG是內(nèi)部地址鎖存寄存器。 圖4是CONREG1讀過(guò)程。首先，在ALE信號(hào)的下降沿，鎖存MCU_DATA（0X00）的數(shù)據(jù)到ADDRESSREG內(nèi)部地址鎖存寄存器。然后，在RD信號(hào)的低電平期間，把MCU_DATA（0XAA）的數(shù)據(jù)鎖存到寄存器CONREG1。 從圖3和圖4可以看出，對(duì)CONREG1寄存器的讀、寫過(guò)程完全滿足進(jìn)序要求，CONREG2的讀寫過(guò)程同CONREG1一樣，也完全滿足時(shí)序要求，實(shí)現(xiàn)了期望的功能。 結(jié)語(yǔ) 本文實(shí)現(xiàn)CPLD與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)是筆者設(shè)計(jì)的高速采樣設(shè)備的一部分，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證完全正確。簡(jiǎn)單地修改該模塊，筆者已成功地將其應(yīng)用于多個(gè)CPLD或FPGA與單片機(jī)接口的項(xiàng)目中。 |
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