崔秀敏+朱向榮

摘 要：單片機具有邏輯控制功能靈活、成本低、易于產(chǎn)品化等優(yōu)點，但單片機作為控制核心，硬件連線復(fù)雜、可靠性差，實際應(yīng)用中需要外加擴展芯片，增加控制系統(tǒng)的體積；CPLD具有集成度高、可靠性好及工作速度快、與外圍電路接口方便的優(yōu)點；兩者的組合使用，能夠充分發(fā)揮兩種器件各自的優(yōu)點。該文就是基于此提出了單片機與CPLD協(xié)處理的研究及實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：CPLD 單片機 協(xié)處理

中圖分類號：TP910 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0043-02

單片微型計算機（單片機）自問世以來，因其小巧靈活、成本低、控制能力強、易于產(chǎn)品化等優(yōu)勢，在社會各領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。然而，隨著信息時代的到來，傳統(tǒng)單片機固有的結(jié)構(gòu)缺陷，使其呈現(xiàn)出諸多弊端， 單片機的端口數(shù)目、內(nèi)部定時器和中斷源的數(shù)目都有限，在應(yīng)用中往往要加外圍擴展芯片，這就增加了系統(tǒng)硬件的復(fù)雜程度；若選擇CPLD作為系統(tǒng)控制核心，不僅可以簡化系統(tǒng)設(shè)計，而且提高了系統(tǒng)的整體性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性，但若單獨通過CPLD完成整個系統(tǒng)的控制功能，則需選用內(nèi)部容量大，可用門數(shù)多的CPLD器件，這勢必使系統(tǒng)功耗和成本都有所提高，而且控制時序的實現(xiàn)也相當(dāng)復(fù)雜，應(yīng)用者開發(fā)起來比較費力。該文提出一種基于CPLD與單片機技術(shù)的協(xié)處理方法。

1 硬件組成

該設(shè)計中單片機采用Atmel公司的89S52，CPLD采用XILINX的XCR3256XL；電源采用9 V的交流或直流電源，經(jīng)LM7805穩(wěn)壓，為開發(fā)板提供5 V的直流電源；外部數(shù)據(jù)存儲器擴展采用了一片6264；通過兩片74LS377擴展了16個輸出I/O；開發(fā)板設(shè)計了一路RS232接口，可以通過單片機的串口與PC機進行通信。A/D轉(zhuǎn)換電路利用了ADC0809來實現(xiàn)。如框圖1所示。

對于簡單的項目，可由單片機或CPLD單獨完成。對于復(fù)雜項目，可由單片機和CPLD聯(lián)合完成。CPLD與單片機雙向通信，由單片機作為主控制器，處理各種信息。接收用戶操作指令并控制各個電路進行工作。其與RS232接口芯片相連，可與PC及其他設(shè)備進行串口通信，其Po和P213與CPLD相連，并可以通過CPLD進行接口擴展控制更多的外部電路。

2 軟件實現(xiàn)

CPLD可選用ISE軟件，采用VHDL或Verilog語言編程，編譯成功后，通過Xilinx并口下載線下載到芯片中即可；單片機部分可選用通用的Keil軟件，將程序編譯成.HEX或.BIN后，下載到單片機芯片中即可。下載軟件可選擇網(wǎng)上流行的免費軟件Easy51Pro。

3 應(yīng)用測試

利用CPLD和單片機協(xié)處理開發(fā)板設(shè)計一顯示模塊來驗證協(xié)處理的功能。其接線圖如圖2所示。

單片機的外部數(shù)據(jù)輸出時序如圖3所示，該時序是51單片機在執(zhí)行MOVX @DPTR，A時的接口時序，為使協(xié)處理器接收來自單片機的數(shù)據(jù)，其必須實現(xiàn)：

（1）在ALE下降沿鎖存P0口的低8位地址和P2口的高8位地址；

（2）在WR的下降沿鎖存P0口的8位數(shù)據(jù)；

（3）比較16位地址是否與指定的顯示緩沖區(qū)地址相同，若相同，將數(shù)據(jù)存入顯示緩沖區(qū)；

（4）利用動態(tài)顯示技術(shù)控制將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。

在51單片機上定義協(xié)處理的顯示緩沖區(qū)地址為0020H和0021H，編寫程序如下：

MOV DPTR，#0020A

MOV A，#34H

MOVX DPTR，#0021H

MOV A，#12H＼

MOVX @DPTR，A

在Keil C51環(huán)境中編譯成功，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（μVision）下載到89S52中。

CPLD部分采用VHDL語言編程。其框圖如圖4所示。

在ISE環(huán)境中，編譯，仿真，符合設(shè)計要求，下載到芯片中，結(jié)果如圖5所示。

利用協(xié)處理器，開發(fā)板上顯示結(jié)果正確，比較不用該協(xié)同設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)相同功能，51單片機程序簡單，運行速度提高。

4 結(jié)論

單片機+CPLD可以作為電子系統(tǒng)設(shè)計的一個框架，單片機智能控制靈活、邏輯運算能力強，可以實現(xiàn)復(fù)雜智能的控制與檢測；CPLD集成度高、運算速度快，可以實現(xiàn)靈活多變的外圍擴展電路設(shè)計，尤其是可以用硬件實現(xiàn)特殊的單片機無法實現(xiàn)的功能，相互彌補，使設(shè)計的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可靠性高等優(yōu)點，完全能夠達到設(shè)計者的要求。

參考文獻

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