基于cpld的单片机应用系统设计

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1、1022001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集———————————————————————————————————一基于CPLD的单片机应用系统设计郑春华深圳市赋安安全系统有限会司研发中心．深圳．51803l摘要本文通过介绍烈XC9572为代表的CPI，D在MCs_51系统中的应用实例，详细分析了CPI，I)的应用和实现方法，提出了设计中选用和使用CPI。D的经验。本文内容适用于嵌入式控制系统设计和智能化仪袁设计。关键词CPLD，VHDL，MCIf1问题的提出我们在设计单片机应用系统时，基本上是在最小系统基础上根据实际工程要求进行系统功能扩展。在典型的单片机应用系统

2、中·一般都有程序存储器、数据存储器、键盘扫描电路、显示／指示电路、A／D电路、D／A电路、通讯电路、打印控制电路等。在嵌入式控制系统中，除了采用通用外围扩展芯片实现外，还可采用PSD与MCU组成两片系统·以节省空问，提高系统可靠性。然而，在功能要求较高的单片机控制系统中，由于PSD内SRAM较小(一般为2KB)，须外扩RAM，同时还须扩展I／O接口电路等。此时PSD芯片的一些资源被占用而使利用翠降低，并且PSD价格也较高，因此使用并不普及。我们知道，在单片机应用系统中·除了地址译码外，还有一些控制逻辑电路来保证系统正常有序的工作。因此，在系统设计时，除了采用标准TTL电路外

3、，现在普遍采用GAI．等可编程逻辑器件实现译码和控制逻辑。但GAI一的资源有限，其应用范围受到一定限制。在GAI。基础上发展起来的复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)具有同FPGA相似的集成度，速度快。因此，完全可以在嵌人式系统设计中使用CPI，D，使设计的产品达到小型化，集成化和高可靠性。近年来，随着FPGA和CPLD的迅速发展．其价格已明显下降，开发软件也较易获得，具备了在产品开发中使用的条件。我们在开发产品时，使用CPLD和MCU组成单片机应用系统，根据应用系统需要进行系统重构、在线编程(ISP)、管脚重定义，符合

4、高集成度、高可靠性、短开发周期、低成本的要求，经多个产品两年的生产使用，效果很好。2XC9572在80C32系统中的应用2．1系统实例我们设计的一个单片机应用系统包含64KB程序存储器、32KB数据存储器、1Mbit的FLASH存储器、4KB的EEPROM、WDT、两个RS-485通讯口、一个RS-232通讯口、实时时钟电路、串行热敏微型打印机、24键键盘、三色背光的字符式LCD显示器、4个LED指示灯、9个输出继电器等。当然．可以用标准器件构成此系统，如8279作键盘和显示控制，两片8255作输人输出控制，两片GAL(16V8、20V8等)实现地址译码和逻辑控制以及通讯切

5、换等。但器件多必然带来PCB面积增大、布线较困难、可靠性降低等缺点。我们采用Xilinx公司的CPLD芯片XC9572PC84构成的系统如图1所示。它体积小，可靠性高。更重要的是，由于XC9500的管脚重定义特性，在PCB设计时可以根据需要调整引脚位置使走线距离缩短。这不仅可减少过孔(v1A)，而且可提高线路的抗电磁干扰能力，还能有效地减少PCB设计的工作难度和工作量。同时，由于XC9500的在线可编程功能，可以在不改动PCB板的情况下，根据特殊工程需要配合软件实现系统现场修改或升级。2．2CPLD的应用设计Xilinx公司的CPLD芯片XC9572，由可编程逻辑功能块(F

6、BjFunctionBlock)、可编程i／o单元(I／OB：Input／OutputBlock)、可编程开关矩阵FastCONNECT组成。每个FB由18个独立的宏单元组成，提供具有36个输入和18个输出的可编程逻辑容量。I／OB提供器件输入和输出的缓冲。XC9572的详细结构请参阅参考文献[23。单片机有较丰富的指令系统支持，通过程序设计可以灵活实现各种功能。在实际的单片机应用系统中，除了单片机实现系统监控和算法处理程序之外，周单片机Jo引脚数量的隈制，使得扩展输A／输出口成为系统设第二篇嵌入式系统的应用与开发103圈I采用CPLD设计的簟片机应用系统实例计的一个重要组

7、成部分。一般常用8255扩展外围I／O，使用其基本输入／输出工作模式，将PA、PB、PC口定义为输人口用于接受外部设备的数据，或定义成输出口控制外部设备。对于XC9572，其内部功能块(FB)的宏单元(maeroeell)具有可配置成D触发器的触发器，它可实现寄存器功能。因此，通过宏单元可以对单片机的控制输出信号实现输出锁存，实现8255的输出口功能。要实现敷据输入，则要束数据总线具有三态特性，XC9572的I／O块包括输出使能多路选掸器，可由来自宏单元的乘积项(PTOE)或来自全局三态控制(GTS)产生的全局输出