单片机与CPLD接口设计 - 51单片机加CPLD让系统更高效

　　三、单片机与CPLD接口设计

　　以上经典电路中，系统扩展使用了单片机总线模式，各个对象采用的三总线连接，根据这种电路结构，这里给出一种单片机同CPLD 的总线接口模式，如图4 所示。

　　

　　图4 单片机与CPLD总线接口示意图

　　这里选择A l t e r a 公司早期的EPM7064SLC44-10 为例，这是很老的一款CPLD器件，是5V 供电。其实选择什么CPLD 型号并不是关键，关键是学习用CPLD 代替分立器件的思想和方法。数据总线P0 口同CPLD 一般IO 口相连，完成数据和低8 位地址传送；控制总线包括单片机读写控制信号Rd（P3.7） 和Wr（P3.6），以及地址锁存信号ALE（Address Lock Enable）和高位地址线A15（P2.7） 通过CPLD 的全局信号引脚输入，包括全局时钟输入：INPUT/GCLK1， 全局清零输入INPUT/GCLRn， 全局使能输入INPUT/OE1，INPUT/OE2， 这几个信号有专用连线与CPLD 中每个宏单元相连，保证信号到每个宏单元的延时相同并且延时最短。实际电路原理图如图5所示。

　　

　　图5 MCU与CPLD接口电路原理图

　　这样一块CPLD 器件就代替以上除单片机外的7 块芯片了，在电路板上将节约大片的PCB 面积，好处还远不止这些，因为CPLD 是二次开发的，其内部电路可以根据需要再次设计，反复修改，极大的增加了电路设计的灵活性。

　　读者看到这里，肯定对自己动手设计CPLD 电路充满了期待，下面介绍如何借助工具软件开发CPLD 内部电路。

　　四、CPLD开发介绍

　　一般来说，CPLD 生产商都有配套的开发工具， 这里介绍ALTERA 公司的一款易学易用的CPLD 开发软件MaxPlusII，虽然该公司最新版的软件是QuartusII，但针对某些具体的器件，选择MaxPlusII 还是很方便的。该软件入门教程请到百度搜索《MaxplusII 设计CPLD 入门》，很多手把手的资料。

　　最容易的电路设计方法不外乎是直接绘制电路原理图。采用原理图输入，初学者甚至不需要额外学习就可以从事CPLD 设计。我们只需要在软件平台上从集成器件库调出对应的器件，绘制相同的电路原理图即可，实现以上功能电路原理图绘制完成后如图6 所示。

　　

　　图6 原理图输入设计CPLD

　　该原理图编译成功后，我们还需要根据实际电路连接图分配绑定引脚，引脚绑定如图7 所示，再编译就可以得到可供下载的文件*.pof 了，最后只需要将下载电缆连接到电路板上，仍然通过该软件即可完成下载。

　　正因为CPLD 的IO 脚是可以随意分配的，通常我们会结合实际的PCB 板设计布线的便利来调整引脚分配，引脚分配更改后，只需要重新分配引脚再编译下载即可。

　　

　　图7 CPLD引脚绑定

　　除了原理图输入外，复杂的CPLD 器件开发，一般用硬件描述语言设计，常用的硬件描述语言有VHDL，VerilogHDL，这些硬件描述语言的掌握是需要系统学习的，基于硬件描述语言的片上系统设计，FPGA 开发目前已经成为高薪职业，社会需求巨大。用硬件描述语言开发CPLD 的方法与前面的原理图输入法类似，也需要编译纠错，时序仿真，引脚绑定，最后编译下载即可。

　　给CPLD 下载完程序，这块芯片就是你所设计的逻辑时序电路了，通常比分离元器件功耗更低，性能更优。

　　真正是基于上述思想， 笔者将51 单片机同CPLD 相结合，开发了一款适合初学者使用的学习板--Mini51 板。