摘要 介绍实现单片机与Xilinx公司XC9500系列可编程逻辑器件的读写逻辑功能模块的接口设计，以及Xilinx公司的XC9500系列可编程逻辑器件的开发流程。
关键词 可编程逻辑电路、微处理器、现场可编程门阵列
1概 述
CPLD(复杂可编程逻辑电路)是一种具有丰富的可编程I／O引脚的可编程逻辑器件，具有在系统可编程、使用方便灵活的特点；不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能。把CPLD应用于嵌入式应用系统，同单片机结合起来，更能体现其在系统可编程、使用方便灵活的特点。CPLD同单片机接口，可以作为单片机的一个外设，实现单片机所要求的功能。例如，实现常用的地址译码、锁存器、8255等功能；也可实现加密、解密及扩展串行口等单片机所要求的特殊功能。实现了嵌入式应用系统的灵活性，也提高了嵌入式应用系统的性能。
2 Xilinx公司的可编程逻辑器件
Xilinx公司的XC9500系列可编程逻辑器件是一款高性能、有特点的可编程逻辑器件。它的系统结构如图1所示。从结构上看，它包含三种单元：宏单元、可编程I／O单元和可编程的内部连线。它的主要特点是：
①高性能。在所有可编程引脚之间pin-pin延时5 ns；系统的时钟速度可达到100 MHz。
②容量范围大。Xilinx公司的XC9500系列可编程逻辑器件的容量范围为36～288个宏单元；可用系统门为800~6400个。
③5 V在系统可编程。可以编程10000次。
④具有强大的引脚锁定能力。
⑤每个宏单元都有可编程低功耗模式。
⑥没有用的引脚有编程接地能力。
Xilinx的XC9500系列可编程逻辑器件的主要性能如表1所列。
3 CPLD同单片机接口设计
CPLD同单片机接口原理如图2所示。
CPLD同单片机接口设计中，单片机采用Atmel公司的AT89C52，CPLD采用Xilinx公司的XC95216。该CPLD芯片的结构及性能见图1和表1。AT89C52通过ALE、CS、RD、WE、PO口(数据地址复用)同XC95216芯片相连接。
ALE：地址锁存信号。
CS：片选信号。
RD：读信号。
WR：写信号。
AD0-AD7：数据地址复用信号。
ALE、CS、RD、WE、
AD0-AD7的时序关系参见文献[3]。
本例的设计思想是，在XC95216设置两个控制寄存器，通过单片机对两个控制寄存器的读写来完成对其它过程的控制。
XC95216设置的两个控制寄存器，可以作为内部寄存器，也可以直接映射为I／O口。
4 CPLD同单片机接口设计结果
本例中，使用Xilinx公司提供的Fundation ISE 4.2i+Modelsim 5.5f软件实现设计。实现设计的源文件模块如下：
/********************/
// MCU和XC95216接口程序
// 目的：MCU读写XC95216
/********************/
module mcurw(MCU_DATA,ALE，C S，RD，WE，C O N R E G 1，CONREG2)；
inout[7:0]MCU-DATA; //单片机的地址数据复用信号
output[7:0]CONREG1,CONREG2; //内部控制寄存器
input ALE; //单片机的地址锁存信号
input CS; //单片机的片选信号 input RD; //单片机的读信号
input WE; //单片机的写信号
reg[7:0] LAMCU-DATA;
//内部控制寄存器
reg[7:0] ADDRESSREG；
//内部地址锁存寄存器
reg[7:0] CONREG1;
//内部控制寄存器
reg[7:0] CONREG2;
//内部控制寄存器
assign MCU-DATA=RD?8′
bzzzzzzzz：LAMCU_DATA；
initial //寄存器初始化
begin
LAMCU-DATA<=0;
ADDRESSREG<=0；
CONREG1<=0；
CONREG2<=0；
end
always@(negedge ALE)
begin
ADDRESSREG<=MCU-DATA; //地址锁存
end
always@(posedge WE)
begin
if(!CS && ADDRESSREG[0]==0)CONREG1
<=MCU-DATA；
//把数据写入地址0的CONREGl寄存器
if(!CS && ADDRESSREG[0]==1)CONREG2
<=MCU_DATA；
//把数据写入地址1的CONREG2寄存器
end
always@(RD)
begin
if(!RD)begin
if(!CS && (ADDRESSREG[0]==0)) LAMCU-DATA
<=CONREGl；
//从地址为0的CONREGl寄存器读数据
else if(!CS && (ADDRESSREG[0]==1))LAMCU DATA
<=CONREG2；
//从地址为1的CONREG2寄存器读数据
else LAMCU-DATA<=8'bzzzzzzzz；
end
else
LAMCU-DATA,<=8' bzzzzzzzz;
end
endmodule
使用Modelsim 5.5f仿真结果如图3和图4所示。图中ALE、CS、RD、WE、MCU-DATA是测试激励源信号，代表AT89C52接口信号；CONREGl和CONREG2是内部寄存器；ADDRESSREG是内部地址锁存寄存器。
图3是CONREGl写过程。首先，在ALE信号的下降沿， 锁存M C U-D A T A的数据到ADDRESSREG内部地址锁存寄存器。然后，在WE信号的上升沿，把MCU-DATA(0XAA)的数据锁存到寄存器CONREGl。
图4是CONREGl读过程。首先，在ALE信号的下降沿，锁存MCU-DATA(0X00)的数据到ADDRESSREG内部地址锁存寄存器。然后，在RD信号的低电平期间，把MCU-DATA(0XAA)的数据锁存到寄存器CONREGl。
从图3和图4可以看出，对CONREGl寄存器的读、写过程完全满足时序要求，CONREG2的读写过程同CONREGl一样，也完全满足时序要求，实现了期望的功能。
结 语
本文实现的CPLD与单片机接口设计是笔者设计的高速采样设备的一部分，经实际验证完全正确。简单地修改该模块，笔者已成功地将其应用于多个CPLD或FPGA与单片机接口的项目中。 |
