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用CPLD实现单片机读写模块
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。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5ns；系统的时钟速度可达到100MHz。
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。
③5V在系统可编程。可以编程10000次。
④具有强大的强脚锁定能力。
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芯片结构及性能见图1和表1。AT89C52通过ALE、CS、RD、WE、P0口（数据地址复用）同XC95216芯片相连接。
表1 Xilinx XC9500t系列器件
注：fCNT=16位计数器最高工作频率；fSYSTEM=整个系统的最高工作效率。
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。
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，可以作内部寄存器，也可以直接是映射为I/O口。
图2 XC9516同单片机接口原理图
4 CPLD同单片机接口设置结果
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,CS,RD,WE,CONREG1,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
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