MCS-51单片机与FPGA接口的逻辑设计

MCS-51单片机与FPGA接口的逻辑设计 本文设计了MCS-51单片机与FPGA的总线接口逻辑电路，实现了单片机与FPGA数据与控制信息的可靠通信，组成了灵活的、软硬件都可现场编程的控制系统。 第一节：单片机与FPGA的接口方式 单片机与FPGA的接口方式有两种，即总线方式与独立方式。MCS-51单片机具有很强的外部总线扩展能力，利用片外三总线结构很容易实现单片机与FPGA的总线接口。单片机以总线方式与FPGA进行数据与控制信息通信有许多优点，例如速度快、节省PLD芯片的I/O口线、单片机编程简捷、控制可靠等。 第二节：总线接口逻辑设计 单片机与FPGA以总线方式通信的逻辑设计，重要的是要详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构。MCS-51系列单片机的时序图如图2所示。ALE为地址锁存使能信号，利用其下降沿将低8位地址锁存于FPGA中的地址锁存器中。单片机利用读指令允许信号PSEN的低电平从外部ROM中将指令从P0口读入，由时序图可见，其指令读入的时机是在PSEN的上升沿之前。 第三节：接口设计思想 单片机与CPLD/FPC,A以总线方式通信的逻辑设计，重要的是要详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构。MCS-51单片机的时序图如图2所示。ALE为地址锁存使能信号，利用其下降沿将低8位地址锁存于FPGA中的地址锁存器中。在FPGA中，设计了两个模块：一个是总线接口模块，负责单片机与FPGA的总线接口逻辑；另一个是寄存器单元及外部接口模块，运用总线接口模块来操作此模块。 第四节：VHDL语言实现 在接口设计中，采用了VHDL语言实现其接口逻辑。用VHDL语言编写，往往比较方便和严谨，注意整个过程的逻辑思路，并且尽量避免语言的冗余，造成比较长的延时。 本文设计了MCS-51单片机与FPGA的总线接口逻辑电路，实现了单片机与FPGA数据与控制信息的可靠通信，组成了灵活的、软硬件都可现场编程的控制系统。