用CPLD實現單片機讀寫模塊
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摘要：介紹實現單片機與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計，以及Xilinx公司的XC9500系列可編程邏輯器件的開發流程。 關鍵詞：復雜可編程邏輯電路 微處理器 在系統編程 現場可編程門陣列 1 概述 CPLD（復雜可編程邏輯電路）是一種具有豐富的可編程I/O引腳的可編程邏輯器件，具有在系統可編程、使用方便靈活的特點；不但可實現常規的邏輯器件功能，還可實現復雜的時序邏輯功能。把CPLD應用于嵌入式應用系統，同單片機結合起來，更能體現其在系統可編程、使用方便靈活的特點。CPLD同單片機接口，可以作為單片機的一個外設，實現單片機所要求的功能。例如，實現常用的地址譯碼、鎖存器、8255等功能；也可實現加密、解密及擴展串行口等單片機所要求的特殊功能。實現嵌入式應用系統的靈活性，也提高了嵌入式應用系統的性能。 CPLD（復雜可編程邏輯電路）是一種具有豐富的可編程I/O引腳的可編程邏輯器件，具有在系統可編程、使用方便靈活的特點；不但可實現常規的邏輯器件功能，還可實現復雜的時序邏輯功能。把CPLD應用于嵌入式應用系統，同單片機結合起來，更能體現其在系統可編程、使用方便靈活的特點。CPLD同單片機接口，可以作為單片機的一個外設，實現單片機所要求的功能。例如，實現常用的地址譯碼、鎖存器、8255等功能；也可實現加密、解密及擴展串行口等單片機所要求的特殊功能。實現了嵌入式應用系統的靈活性，也提高了嵌入式應用系統的性能。 Xilinx公司的XC9500系列可編程邏輯器件是一款高性能、有特點的可編程邏輯器件。它的系統結構如圖1所示。從結構上看，它包含三種單元：宏單元、可編程I/O單元和可編程的內部連線。它的主要特點是： ①高性能。在所有可編程引腳之間pin-pin延時5ns；系統的時鐘速度可達到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個宏單元；可用系統門為800～6400個。 ③5V在系統可編程。可以編程10000次。 ④具有強大的強腳鎖定能力。 ⑤每個宏單元都有可編程低功耗模式。 ⑥沒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同單片機接口設計 CPLD同單片機接口原理如圖2所示。 CPLD同單片機接口設計中，單片機采用Atmel公司的AT89C52，CPLD采用Xilinx公司的XC95216。該CPLD芯片結構及性能見圖1和表1。AT89C52通過ALE、CS、RD、WE、P0口（數據地址復用）同XC95216芯片相連接。
注：fCNT=16位計數器最高工作頻率；fSYSTEM=整個系統的最高工作效率。 ALE：地址鎖存信號。 CS：片選信號。 RD：讀信號。 WR：寫信號。 AD0～AD7：數據地址復用信號。 本例的設計思想是，在XC95216設置兩個控制寄存器，通過單片機對兩個控制寄存器的讀寫來完成對其它過程的控制。 XC95216設置的兩個控制寄存器，可以作內部寄存器，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軟件實現設計。實現設計的源文件模塊如下： /************************** //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;//單片機的地址數據復用信號 output[7:0]CONREG1，CONREG2；//內部控制寄存器 input ALE; //單片機的地址鎖存信號 input CS; //單片機的片選信號 input RD; //單片機的讀信號 input WE; //單片機的寫信號 reg[7:0]LAMCU_DATA; //內部控制寄存器 reg[7:0]ADDRESSREG; //內部地址鎖存寄存器 reg[7:0]CONREG1; //內部控制寄存器 reg[7:0]CONREG2; //內部控制寄存器 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寄存器讀數據 else if(!CS(ADDRESSREG[0]= =1))LAMCU_DATA=CONREG2; //從地址為1的CONREG2寄存器讀數據 else LAMCU_DATA=8'bzzzzzzzz; end else LAMCU_DATA=8'bzzzzzzzz; End Endmodule 使用Modelsim 5.5f仿真結果如圖3和圖4所示。圖中ALE、CS、RD、WE、MCU_DATA是測試激勵源信號，代表AT89C52接口信號；CONREG1和CONREG2的內部寄存器；ADDRESSREG是內部地址鎖存寄存器。 圖4是CONREG1讀過程。首先，在ALE信號的下降沿，鎖存MCU_DATA（0X00）的數據到ADDRESSREG內部地址鎖存寄存器。然后，在RD信號的低電平期間，把MCU_DATA（0XAA）的數據鎖存到寄存器CONREG1。 從圖3和圖4可以看出，對CONREG1寄存器的讀、寫過程完全滿足進序要求，CONREG2的讀寫過程同CONREG1一樣，也完全滿足時序要求，實現了期望的功能。 結語 本文實現CPLD與單片機接口設計是筆者設計的高速采樣設備的一部分，經實際驗證完全正確。簡單地修改該模塊，筆者已成功地將其應用于多個CPLD或FPGA與單片機接口的項目中。 |
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