摘要：采用Lattice公司的PLD器件ISPLSI1032，基于VHDL描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一種MCS-51單片機(jī)與PLD可編程邏輯器件的接口電路，該接口電路具有體積小、性能可靠、開(kāi)發(fā)便捷、所需外圍元件少等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；PLD；EDA；VHDL
1 引 言
在電子設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用，為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的靈活性。由于該器件可以通過(guò)軟件編程而對(duì)其硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過(guò)程。
眾所周知，單片機(jī)具有性能價(jià)格比高、功能靈活、易于人機(jī)對(duì)話、良好的數(shù)據(jù)處理能力等特點(diǎn)，PLD則具有高集成度、高速、高可靠以及開(kāi)發(fā)便捷規(guī)范等優(yōu)點(diǎn)，就目前常用的智能化儀器儀表和工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)而言，由PLD和單片機(jī)為核心器件構(gòu)成的綜合電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。如果將單片機(jī)靈活的控制功能以及良好的人機(jī)對(duì)話功能與PLD高速高可靠性相結(jié)合，必將有效地突破傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的障礙，并使電子系統(tǒng)的性能有大幅度的提高。本文將以MCS-51與PLD的接口問(wèn)題作一探討。
2 接口方式
單片機(jī)與PLD器件的接口方式一般有兩種：獨(dú)立方式和總線方式。獨(dú)立方式通信的時(shí)序方式可由所設(shè)計(jì)的軟件自由決定，形式靈活多樣，它最大的優(yōu)點(diǎn)是接口邏輯無(wú)須遵循單片機(jī)內(nèi)固定的總線方式的讀寫(xiě)時(shí)序。PLD的邏輯設(shè)計(jì)與接口的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)可以分先后相對(duì)獨(dú)立地完成。因此，獨(dú)立方式比較簡(jiǎn)單，這里不作詳細(xì)介紹。
單片機(jī)以總線方式與PLD器件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對(duì)單片機(jī)而言，其編程相對(duì)于非總線方式來(lái)說(shuō)具有簡(jiǎn)單、控制可靠等特點(diǎn)，只需一條單字節(jié)指令就能完成所需的讀寫(xiě)操作，如，MOV @DPTR，A；MOV A，@DPTR。其通信是純硬件行為，因此，速度快。對(duì)PLD器件來(lái)說(shuō)，可節(jié)省I/O口線，如圖1所示.，通過(guò)19根I/O口線可使單片機(jī)與PLD器件之間完成各種數(shù)據(jù)信息的交換。
要設(shè)計(jì)單片機(jī)與PLD器件以總線方式通信的接口邏輯，必須詳細(xì)了解單片機(jī)的總線讀寫(xiě)時(shí)序。圖2是MCS-51單片機(jī)的時(shí)序圖。ALE為地址鎖存使能信號(hào)，可利用其下降沿將低8位地址通過(guò)P0口鎖存到PLD的地址鎖存器中；同時(shí)，高8位地址在P2口，單片機(jī)利用讀指令允許信號(hào)PSEN的低電平，將指令從P0 口讀入，指令讀入的時(shí)機(jī)是在PSEN的上升沿到來(lái)之前。然后，由P2口和P0口分別輸出高8位和低8位數(shù)據(jù)地址，并由ALE的下降沿將P0口的低8位地址鎖存到地址鎖存器。單片機(jī)可通過(guò)指令MOV A，＠DPTR使RD為低電平，由P0口將鎖存于IN1（或IN2）的數(shù)據(jù)讀入累加器A。若想要將累加器A的數(shù)據(jù)送到PLD，可通過(guò)指令MOV @DPTR，A，產(chǎn)生寫(xiě)允許信號(hào)WR，使譯碼器輸出WR-ENABLE信號(hào)，從而將數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸出鎖存器。
3 接口編程
近幾年來(lái)，隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，在各種各樣的描述語(yǔ)言中，人們普遍接受VHDL語(yǔ)言，該語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有"世界語(yǔ)"的美譽(yù)。本設(shè)計(jì)的接口軟件采用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)。限于篇幅，這里僅給出構(gòu)造體的VHDL程序：
．．．．．．
BEGIN
PROCESS（ALE）
BEGIN
IF ALE'EVENT AND ALE='0'THEN
LATCH-ADDERS<=P0; END IF;END PROCESS;
PROCESS（P2，LATCH-ADDRES）
BEGIN
IF （LATCH-ADDRES="11110000"）AND（P2="11110101"） THEN
WR-ENABLE<=WR;
ELSE WR-ENABLE<='1';END IF;END PROCESS;
PROCESS(WR-ENABLE)
BEGIN
IF WR-ENABLE'EVENT AND WR-ENABLE='1'
THEN OUT1<=P0;END IF;END PROCESS;
PROCESS(P2,LATCH-ADDRES,READ,RD)
BEGIN
IF(LATCH-ADDRES="01101110")AND(P2="11110001")AND(READY='1')AND(RD='0')
THEN P0<=IN1;
ELSE P0<="ZZZZZZZZ";END IF;END PROCESS;
PROCESS(DIN1)
BEGIN
IF DIN1'EVENT AND DIN1='1' THEN
IN1<=DIN1;END IF;END PROCESS;
PROCESS(P2,LATCH-ADDRES,READ,RD)
BEGIN
IF(LATCH-ADDRES="01101010")AND(P2="11110011")AND(READY='1')AND(RD='0')
THEN P0<=IN2;
ELSE P0<="ZZZZZZZZ";END IF;END PROCESS;
PROCESS(DIN2)
BEGIN
IF DIN2'EVENT AND DIN2='1' THEN
IN2<=DIN2;END IF;END PROCESS;
DOUT1<=OUT1;
．．．．．．
例如，AT89C51將數(shù)據(jù)4DH送到OUT1的指令是：
MOV A，#4DH
MOV DPTR，#F5F0H
MOVX @DPTR，A
當(dāng)READY為高電平時(shí)，AT89C51從PLD器件的IN1將數(shù)據(jù)讀入的指令是：
MOV DPTR，#F16EH
MOVX A，@DPTR
AT89C51從PLD器件的IN2將數(shù)據(jù)讀入的指令與從PLD器件的IN1讀入數(shù)據(jù)的指令類似，差別僅在于入口地址不同。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文采用Lattice公司的PLD器件ISPLSI1032，基于VHDL描述語(yǔ)言所設(shè)計(jì)的接口電路，具有體積小、性能可靠、開(kāi)發(fā)便捷、所需外圍元件少等優(yōu)點(diǎn)。電路設(shè)計(jì)采用自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。利用本文所介紹的軟、硬件電路，結(jié)合具體的設(shè)計(jì)場(chǎng)合，還可變換出多種形式的接口電路。
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