51單片機(jī)與CPLD的結(jié)合可讓系統(tǒng)更加高效化

（文章來源：電子工程網(wǎng)）

單片機(jī)市場可以用巨無霸來形容，其中51 單片機(jī)使用者就更多了，針對(duì)51 單片機(jī)無需更多的介紹，這里必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，只要你精通了51 單片機(jī)，以后在實(shí)際工作中選用其它單片機(jī)也很容易了，這就是初學(xué)者學(xué)習(xí)51 單片機(jī)的價(jià)值。選擇51 單片機(jī)學(xué)習(xí)入門容易，倒不是說51 系列單片機(jī)比別的型號(hào)簡單，其實(shí)在8 位單片機(jī)家族中，51 系列單片機(jī)算是復(fù)雜的，但51 單片機(jī)在中國推廣最徹底，教程也是最豐富，基本不用看英文資料就能學(xué)好，所以特別適合初學(xué)者學(xué)習(xí)用。

下面說說CPLD，從近來跟學(xué)生和愛好者交往中發(fā)現(xiàn)，初學(xué)者都很“討厭”它，問我為什幺要把單片機(jī)和CPLD 放一塊兒，那樣不是增加了學(xué)習(xí)的難度嗎？其實(shí)深入學(xué)習(xí)單片機(jī)后，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)一片單片機(jī)芯片，實(shí)在是不夠用，稍微復(fù)雜的系統(tǒng)都會(huì)缺少接口資源，IO 口不夠用。我們學(xué)單片機(jī)不能僅僅局限于LED（發(fā)光二極管，數(shù)碼管等）驅(qū)動(dòng)，輸入還需要鍵盤、ADC，輸出需要LCD、DAC 等，當(dāng)把這些對(duì)象同時(shí)放在一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中時(shí)，就需要用到很多其它分離的接口IC（芯片），各種邏輯IC。

學(xué)完單片機(jī)后大家都會(huì)知道這些芯片：如74373，7432，74138……隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，一種新的器件正在被廣泛應(yīng)用，那就是CPLD（ComplexProgrammable Logic Device） 復(fù)雜可編程邏輯器件，通俗的說就是可以把以上那些分離器件都放進(jìn)去的一種可以二次開發(fā)的IC.關(guān)于CPLD 的詳細(xì)介紹大家可以自己在網(wǎng)上瀏覽，很多很多。基于此，本刊用這篇文章深入淺出的介紹一種采用51 單片機(jī)和CPLD 構(gòu)建復(fù)雜電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。

首先從熟悉的最小系統(tǒng)電路電路說起，上圖中用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)實(shí)現(xiàn)電路連接，這樣繪制的電路圖清晰整潔，U1 是經(jīng)典的51 單片機(jī) IC，復(fù)位電路和晶振電路是傳統(tǒng)電路，這里C5 電容是靠近單片機(jī)VCC 引腳的，用來對(duì)電源濾波，圖中其它芯片VCC 附近都有相同功能的濾波電容。U2 是經(jīng)典的低八位地址鎖存電路，這里的74373 也可以用74573 代替，U3 是地址譯碼電路，74138 實(shí)現(xiàn)連續(xù)8 個(gè)地址對(duì)象擴(kuò)展。

51 單片機(jī)給大家推薦STC 的89 或90 系列，其中90 系列已經(jīng)有片內(nèi)ADC 了，需要特別強(qiáng)調(diào)的是， 隨著FLASH 技術(shù)的成熟，片內(nèi)FLASH ROM從8K 到64K 任選，已經(jīng)足夠用了，所以現(xiàn)在很少有單片機(jī)系統(tǒng)外擴(kuò)ROM 了，這樣使得EA/VPP 和PSEN 引腳失去了塬先的功能了，STC 的51 單片機(jī)已經(jīng)將這兩個(gè)引腳發(fā)展成P4 口了。

復(fù)雜的系統(tǒng)必然有很多輸入輸出接口，如圖2所示，U5 是數(shù)據(jù)鎖存器74273，擴(kuò)展一個(gè)8bits 數(shù)據(jù)輸出端口，U6 是叁態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器74573，擴(kuò)展一個(gè)8bits 數(shù)據(jù)輸入端口，分別用7432 實(shí)現(xiàn)讀寫時(shí)序接口匹配。以上給出的系統(tǒng)還算不上是復(fù)雜系統(tǒng)，總共采用了8 塊IC，一個(gè)實(shí)現(xiàn)特定功能的系統(tǒng)往往更復(fù)雜，需要采用的IC 會(huì)更多。能不能把這些分離的器件用CPLD 來實(shí)現(xiàn)呢？答案是肯定的。

這里選擇A l t e r a 公司早期的EPM7064SLC44-10 為例，這是很老的一款CPLD器件，是5V 供電。其實(shí)選擇什幺CPLD 型號(hào)并不是關(guān)鍵，關(guān)鍵是學(xué)習(xí)用CPLD 代替分立器件的思想和方法。數(shù)據(jù)總線P0 口同CPLD 一般IO 口相連，完成數(shù)據(jù)和低8 位地址傳送；控制總線包括單片機(jī)讀寫控制信號(hào)Rd（P3.7） 和Wr（P3.6），以及地址鎖存信號(hào)ALE（Address Lock Enable）和高位地址線A15（P2.7） 通過CPLD 的全局信號(hào)引腳輸入，包括全局時(shí)鐘輸入：INPUT/GCLK1， 全局清零輸入INPUT/GCLRn， 全局使能輸入INPUT/OE1，INPUT/OE2， 這幾個(gè)信號(hào)有專用連線與CPLD 中每個(gè)宏單元相連，保證信號(hào)到每個(gè)宏單元的延時(shí)相同并且延時(shí)最短。實(shí)際電路塬理圖如圖5所示。

這樣一塊CPLD 器件就代替以上除單片機(jī)外的7 塊芯片了，在電路板上將節(jié)約大片的PCB 面積，好處還遠(yuǎn)不止這些，因?yàn)镃PLD 是二次開發(fā)的，其內(nèi)部電路可以根據(jù)需要再次設(shè)計(jì)，反復(fù)修改，極大的增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性。
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