单片机与CPLD总线接口设计的Verilog实现，周博，席志红，设计了一种基于CPLD与单片机的总线接口逻辑电路，实现了单片机与可编程逻辑器件数据与控制信息的可靠通信，使可编程逻辑器件与单��
国科技论文在线 本设计使用 公司的可编程逻辑器件 来实现与单片机总线 方式的连接, 器件的选型主要考虑到以下两点:一是器件的用户可用凵数 量是否满足系统需求,同时还要考虑口的预留问题,提高系统的可扩展性,以方便次 开发;是 的封装是否方便于研发与调试。本设计所采用的 芯片就是属 公司的 系列的一款 芯片,它包含个可用门,个宏单 元,最大用户口数量达到个,同时其采用脚的封装,可配合脚的芯片 测试麻,即满足系统对的需求又方便于调试。单片机使用 公司的 是一个通用、低功耗、高性能 位单片机,片内含 的可反复擦写次的只读程序存储器,器件米用 公司的高 密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 指令系统及 引郾结构,由于其高 性价比、高稳定性等优点被许多嵌入式控訇应用系统所使用。本设计中单片机与接 部分,电路简洁紧凑、极大的缩小尺寸、增强系统的可靠性,由于所选核心器件的普 遍性,该接口设计可十分方便的移植到其它应用系统中。系统总体设计框图如图所示。 Ⅸ〈双向效据总线XLC AT8552 上位机 CAN BUS RCL单向控制总线FP2 外部设备 P.「单向地址总线 图应用系统总体设计框图 本设计有个输出端凵,用于驱动各种外部设备,如继电器、三极管等。还有个输 入端凵,用于检测各种故障信号。可编程逻辑器件 和单片机 之间由数 据端口口来进行数据传输,口和口组成的位地址总线配合或信号,来 控制是输入还是输岀,是哪路输入或输出。上位机通过总线来对单片机控制,完成数 据的控制与传输。 接口逻辑电路的 实现 在总线接冂设计中,采用 语言实现其接∏逻辑, 编写接∏ 程序,往往会很方便,与硬件描述语言 相比 代码简明扼要、使用灵活,在 相同逻辑功能搆述时, 的代码比 少许多,对于版图级、管子级这些较为底层 的描述级别 几乎不支持,无法进行集成电路底层建模,与此冋时,在语言易读性 层次化和结构化设计方面 也表现出了强人的牛命力和应用潜力。但在编写时却要 注意读完数据时,要把数椐总线释放掉以免造成总线冲突。樸块内部端口定义及内部寄存器 定义等源程序已省略,其读写部分源程序如下 写操作 读操作 国科技论文在线 当读信号为或总线被挂起时,数据总线输出高阻态释放总线。 下的仿真结果 本设计采用 公司的 软件进行仿真,仿真结果如图、所示。 如图,仿真过程中共有三次地址锁存操作和三次写信号操作,第一次下降沿到 来时锁存地址值(十六进制),此时地址总线端口 提供高八位地址(十 六进制),数据总线端口 提供低八位地址(十六进制),当第一次写信号 下降沿到来时,经过十几纳秒的延迟,将稳定在数据总线 上的数据(十六进 内部寄存器 中,第二次与第三次的写过程与第一次相同,最 终都能将数据总线 上的数据准确无误的写入 内部寄存器中。 如图,总线接口读的过程与写类似,都是在下降沿到来时锁存地址值(|六进 制),不同的是,当第次读信号下降沿到来时,经过十几纳秒的延迟,将稳定在 外部输入端凵 上的数据(十六进制)读入数据总线 上的 数据(十六进制),也即进制的 ”,与此时数据总线 读入的 进制数“ ”完全一致,第二次与第三次的读过程与第一次相同,最终都能将 外部输入端口上的数据准确无误的读入数据总线 分3日 CU addres 1"01 〔1 司12 Hu kT ZZT(OTZ PATXI z励「X花 21 00 3国 H O0 51 cU-datalresult b1 MCU_wala[e]resul D D5 cu- datal7]'resultB1 图总线接口与仿真 国科技论文在线 1:4.7 H H nn k m x n1 X「1Ⅹ 12国NU x05 A 21 err orl_in 园4 ls」 4m1 4 NCU_csta[4]result BO 回47mct 图总线接口读仿真 单片机程序设计 采用汇编语言编写单片机程序时,若需从中读出数据,单片机则通过指令 使信号为低电平,使能信号,由口将地址 所指单元的数据读 入累加器;但若将累加器中的数据写进中,单片机则需通过指令 和写允许信号使能。这时, 中的高位和低位数据作为高低位地址分别 向和口输出,然后经信号下降沿锁存,产生位地址再由的低 电平使能信号,将累加器的数据经口写入位地址 所对应的单元中。实现单 片机对 的读写操作 采用语言编写单片机程序时,可将刈的读写过程定义为两个函数,程序 代码如下: 函数声明 读 函数声明 子程序, 存放地址, 存放数据 读 了程序 需要强调的是,无论是采用汇编语言,还是语言编写程序,都要将单片机对外部存 储器地址的定义与内部寄存器地址的定义保持一致。 结论 本文设计了单片机与 接口的逻辑电路,实现了单片机与 之间数据的可靠 通信。经仿真验证以及在船用多种信号灯控制系统的实际应用中(路控制输岀,跻检 测信号输入),证明该接口原理应用完全正确、可行。该单片机与总线接口适合于高 速数据采集系统与上机进行数据通信,同时,根据实际需要对地址可以加以修改,或者通过 稈序扩展更多的单片机口,例如加上一些控制端口来实现单片机与其他器件的通信,从 国科技论文在线 而大大提高其应用的范围。更方便的是,可以把较为复杂的单片杋控訇系统所需的程序存储 器和数据存储器集成在 中,这样不仅省去了用编程器固化程序的步骤,而且还 可以减少印制电路板的尺寸,提高电路系统的稳定性,进一步发挥各自优越性,做到两者互 补 参考文献 徐志车徐光辉 的开发与应用北京:电子工业出版 付家才杨庆江赵金宪单片机控制工程实践技术北京:化学工业出版社 潘松黄继业陈龙技术与 北京:清华大学出版社 张劲基于技术的单片机与总线接口逻辑设计电脑开发与应用 汲伟明葛旭亮单片机与逻辑接口的 实现上海应用技术学院学报 刘余小王晓明葛立明单片机与的总线接口的设计与实现兰州交通人学报 夏宇闻 系统设计教程第二版北京:北京航空航天大学出版社 周立功单片机与 综合应用技术北京:北京航空航天大学出版社 程耕国刘涛 扩展单片机寻址范围微计算机信息 马忠梅单片机的语言应用程序设计第四版北京:北京航空航天人学出版社