??? 摘 ?要: 介紹一種利用可編程邏輯器件CPLD與單片機(jī)AT89C51串行雙向通信而構(gòu)成的雙控制器。?
??? 關(guān)鍵詞: CPLD? AT89C51? 串行通信
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??? 在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中,人們常常采用單片機(jī)作為控制核心。但這種方法硬件連線復(fù)雜,可靠性差,且單片機(jī)的端口數(shù)目、內(nèi)部定時(shí)器和中斷源的個(gè)數(shù)都有限,在實(shí)際應(yīng)用中往往需要外加擴(kuò)展芯片。這無疑對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來諸多不便。?
??? 現(xiàn)在有很多系統(tǒng)采用可編程邏輯器件CPLD作為控制核心。它與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較,不僅簡(jiǎn)化了接口和控制,提高了系統(tǒng)的整體性能及工作可靠性,也為系統(tǒng)集成創(chuàng)造了條件。但可編程邏輯器件的D觸發(fā)器資源非常有限,而且可編程邏輯器件在控制時(shí)序方面不如單片機(jī)那樣方便,很多不熟悉的應(yīng)用者往往感到應(yīng)用起來非常的困難。利用可編程邏輯器件和單片機(jī)構(gòu)成的雙向通信控制器克服了兩者的缺點(diǎn),且把二者的長(zhǎng)處最大限度地發(fā)揮出來。?
1 CPLD與單片機(jī)AT89C51雙向串行通信原理?
1.1 單片機(jī)到可編程邏輯器件的串行通信?
??? 單片機(jī)到CPLD的串行通信接口電路是利用VHDL語言在CPLD中設(shè)計(jì)一個(gè)串行輸入并行輸出的八位移位寄存器,其端口與單片機(jī)的P1.4～P1.7相連,如圖1所示。CS為單片機(jī)片選信號(hào),當(dāng)其為低時(shí)使能八位寄存器;當(dāng)DCLOCK信號(hào)的上升沿到達(dá)clk端口時(shí),八位移位寄存器就會(huì)將單片機(jī)輸出到cxin的一位數(shù)據(jù)移入;當(dāng)單片機(jī)A寄存器中的八位數(shù)據(jù)欲傳送給CPLD時(shí),就在P1.6連續(xù)產(chǎn)生八次上升沿,單片機(jī)便順次地將A中的數(shù)據(jù)移到cxin,八次后A中的數(shù)據(jù)段就會(huì)出現(xiàn)在CPLD的cxout中。其VHDL源程序如下:?
?
?
??? entity cuanxing is ?
??? port (clk,cxin,cs: in std_logic;?
??? ????cxout: out std_logic_vector(7 downto 0));?
??? end;?
??? architecture rtl of cuanxing is ?
??? signal shift: std_logic_vector(7 downto 0)? ;八位暫存變量并行輸出?
??? begin ?
??? ??? process(clk)?
??? ??? begin?
??? ??????? if(cs=＇0＇)then?
??? ??????? shift<=(others=>＇0＇);若未被選中,輸出全零?
??? ??? elsif(clk＇event and clk=＇1＇)then ;若上升沿到達(dá)clk時(shí),被選中。?
??? ??????? shift(7 downto 1)<=shift(6 downto 0);八位數(shù)據(jù)前移一位?
??? ??????? shift(0)<=cxin;最低位由cxin輸入?
??? ??? end if; ?
??? end process;?
??? ??? cxout<=shift;將八位變量送至端口?
??? end rtl;?
??? 與之相對(duì)應(yīng)的單片機(jī)控制子程序如下(待發(fā)數(shù)據(jù)存放在A中):?
??????? CS EQU P1.4?
??????? EN EQU P1.5?
??????? DCLOCK EQU P1.6?
??????? DOUT EQU P1.7?
??? CONV: PUSH 07H?
??????? MOV R7,#8?????? ;將移位個(gè)數(shù)8存入R7?
??????? CLR DCLOCK ?
??????? SETB CS???????? ;選中移位寄存器?
??????? CLR EN?
??????? CLR C?
??? JXL: RLC A????????? ;左移一位,將待發(fā)數(shù)據(jù)送至CY?
??????? MOV DOUT,C????? ;送至端口?
??????? ACALL YS1MS?
??????? SETB DCLOCK??? ?;給一個(gè)上升沿,將數(shù)據(jù)移入移位寄存器?
??????? ACALL YS1MS?
??????? CLR DCLOCK?
??????? DJNZ R7,JXL ??? ;若未到8次則傳送下一位?
??????? SETB EN??????? ?;八位命令字全部移入,給EN一個(gè)上升沿,使CPLD執(zhí)行相應(yīng)操作?
??????? ACALL YS1MS?
??????? POP 07H?
??????? RET?
1.2 可編程邏輯器件到單片機(jī)的串行通信?
??? 
可編程邏輯器件到單片機(jī)的串行通信與單片機(jī)到可編程邏輯器件的串行通信類似,只不過八位寄存器改為并入串出,其端口如圖2所示。當(dāng)單片機(jī)的cs=1時(shí),寄存器被選中;當(dāng)load=1時(shí),待發(fā)的數(shù)據(jù)被加載到bxin上;當(dāng)clk上升沿到來時(shí),將數(shù)據(jù)一位一位移出至bxout上,與此同時(shí),單片機(jī)一位一位接收來自bxout上的數(shù)據(jù)。在clk八個(gè)上升沿后,加載到bxin的數(shù)據(jù)便被傳送至單片機(jī)的A寄存器中(其VHDL和單片機(jī)源程序由于篇幅所限,不予給出)。?
2 雙控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理?
??? 由于單片機(jī)端口有限,所以大部分外圍器件的連線靠CPLD來完成,而對(duì)時(shí)序控制要求較高的那些外圍器件則靠單片機(jī)來間接控制。所謂間接控制就是指應(yīng)用者可以自定義很多個(gè)命令字,每個(gè)命令字對(duì)應(yīng)著CPLD一項(xiàng)或一系列操作。當(dāng)單片機(jī)想讓某外部器件實(shí)現(xiàn)某種功能時(shí),可以通過串行通信把命令字傳送給可編程邏輯器件CPLD。CPLD收到該命令字并判斷該命令字后,便在EN的上升沿到來后執(zhí)行相應(yīng)的操作。這里值得一提的是:命令字傳送給CPLD后,只有在EN的上升沿到來后CPLD才能執(zhí)行相應(yīng)操作。這是為了防止命令字在字傳送期間使CPLD誤動(dòng)作。?
??? 當(dāng)外部器件有中斷信息反饋到控制器時(shí),也可將特定的命令字由CPLD傳送給AT89C51,使AT89C51產(chǎn)生中斷進(jìn)行處理。但無論有多少個(gè)外圍器件需產(chǎn)生中斷控制,都應(yīng)由CPLD在AT89C51的INT0處產(chǎn)生一個(gè)中斷。在AT89C51中斷子程序中,運(yùn)行由CPLD向單片機(jī)的串行通信程序,將特定的命令字讀到A寄存器中,從而可知是哪個(gè)外圍器件產(chǎn)生的中斷(由應(yīng)用者自行定義),進(jìn)而可知需何種外部操作。?
??? 本雙控制系統(tǒng)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中應(yīng)用起來非常靈活方便,這里采用的是八位命令字,最多可自定義256個(gè)命令字。由于同時(shí)采用了單片機(jī)和CPLD,因此編程非常靈活方便,工程人員可根據(jù)自身特點(diǎn)而相應(yīng)選擇。例如,有些人的單片機(jī)編程能力要比CPLD語言編程略好一些,那他可在VHDL語言編程中把命令字對(duì)應(yīng)的操作定義得簡(jiǎn)單一些(最簡(jiǎn)單的莫過于使某個(gè)管腳變?yōu)楦唠娖交虻碗娖?;若是想簡(jiǎn)化單片機(jī)的編程,則可使VHDL語言編程中特定命令字對(duì)應(yīng)的操作復(fù)雜一些。?
??? 單片機(jī)的編程過程就是對(duì)A寄存器寫不同命令字,然后調(diào)用串行通信子程序的過程。若是VHDL的命令字對(duì)應(yīng)程序簡(jiǎn)單些,則要完成對(duì)某特定外圍器件的操作所需要的命令字調(diào)用就會(huì)多一些。反之亦然,僅此而已。?
??? 總之,用單片機(jī)與CPLD構(gòu)成的雙控制器,比用它們各自獨(dú)立開發(fā)項(xiàng)目要容易得多。?
參考文獻(xiàn)?
1 Stefan Sjoholm,Lennart Lindh著.邊計(jì)年,薛宏熙譯.用VHDL設(shè)計(jì)電子線路.北京:清華大學(xué)出版社,2000年8月第1版?
2 徐愛鈞,彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社,1998年6月第1版