MCS-51單片機(jī)與FPGA

1 單片機(jī)與FPGA的接口方式單片機(jī)與FPGA的接口方式一般有兩種，即總線方式與獨(dú)立方式。MCS-51單片機(jī)具有很強(qiáng)的外部總線擴(kuò)展能力，利用片外三總線結(jié)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與FPGA的總線接口，而且單片機(jī)以總線方式與FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)與控制信息通信也有許多優(yōu)點(diǎn)：速度快；節(jié)省PLD芯片的I／O口線；相對(duì)于非總線方式，單片機(jī)編程簡(jiǎn)捷，控制可靠；在FPGA中通過(guò)邏輯切換，單片機(jī)易于與SRAM或ROM接口。

單片機(jī)與FPGA以總線方式通信的邏輯設(shè)計(jì)，重要的是要詳細(xì)了解單片機(jī)的總線讀寫時(shí)序，根據(jù)時(shí)序圖來(lái)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)，其通信的時(shí)序必須遵循單片機(jī)內(nèi)固定的總線方式讀／寫時(shí)序。FPGA的邏輯設(shè)計(jì)也相對(duì)比較復(fù)雜，在程序設(shè)計(jì)上必須與接口的單片機(jī)程序相結(jié)合，嚴(yán)格安排單片機(jī)能訪問(wèn)的I／O空間。單片機(jī)以總線方式與FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與控制時(shí)，其通信工作時(shí)序是純硬件行為，速度要比前一種方式快得多，另外若在FPGA內(nèi)部設(shè)置足夠的譯碼輸出，單片機(jī)就可以僅通過(guò)19根I／O線在FPGA與單片機(jī)之間進(jìn)行通信和控制信息交換，這樣可以節(jié)省FPGA芯片的I／O線。其原理圖如圖1所示。

2 總線接口邏輯設(shè)計(jì)

2．1 接口設(shè)計(jì)思想

單片機(jī)與CPLD／FPC,A以總線方式通信的邏輯設(shè)計(jì)，重要的是要詳細(xì)了解單片機(jī)的總線讀寫時(shí)序，根據(jù)時(shí)序圖來(lái)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)。MCS-51系列單片機(jī)的時(shí)序圖如圖2所示。

ALE為地址鎖存使能信號(hào)，可利用其下降沿將低8位地址鎖存于FPGA中的地址鎖存器(LATCH_ADDRES)中；當(dāng)ALE將低8位地址通過(guò)P0鎖存的同時(shí)，高8位地址已穩(wěn)定建立于P2口，單片機(jī)利用讀指令允許信號(hào)PSEN的低電平從外部ROM中將指令從P0口讀入，由時(shí)序圖可見(jiàn)，其指令讀入的時(shí)機(jī)是在PSEN的上升沿之前。接下來(lái)，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位地址鎖存于地址鎖存器。若需從FPGA中讀出數(shù)據(jù)，單片機(jī)則通過(guò)指令“MOVXA，@DPTR”使RD信號(hào)為低電平，由P0口將鎖存器中的數(shù)據(jù)讀入累加器A；但若欲將累加器A的數(shù)據(jù)寫進(jìn)FPGA，則需通過(guò)指令“MOVx DPTR，A”和寫允許信號(hào)WR。這時(shí)，DPTR中的高8位和低8位數(shù)據(jù)作為高、低8位地址分別向P2和P0口輸出，然后由WR的低電平并結(jié)合譯碼，將累加器A的數(shù)據(jù)寫入圖中相關(guān)的鎖存器。