1、 單片機(jī)與CPLD綜合課程設(shè)計(jì) 學(xué)院 電子信息工程學(xué)院 專業(yè) 生物醫(yī)學(xué)工程 學(xué)號(hào) 100421101 姓名 陳 俊 日期 2014年1月4日 摘 要基于單片機(jī)與C P L D 設(shè)計(jì)了一個(gè)鍵值采集、顯示及與PC通信的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件由單片機(jī)、CPLD 及外圍電路組成，軟件采用C 語(yǔ)言和硬件描述語(yǔ)言VHDL 編程?？蓪?shí)現(xiàn)上行鍵值采集、顯示，并將采集到的鍵值數(shù)據(jù)通過(guò)串口送給PC；下行PC發(fā)送數(shù)據(jù)由系統(tǒng)接收，數(shù)碼管可以顯示接收到的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)工作可靠，在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中有一定的參考價(jià)值。引 言隨著電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)與CPLD技術(shù)都得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。單片微型計(jì)算機(jī)(單片機(jī))自問(wèn)

2、世以來(lái)，因其小巧靈活、成本低、控制能力強(qiáng)、易于產(chǎn)品化等優(yōu)勢(shì)，在各領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用；但純單片機(jī)系統(tǒng)也有弱點(diǎn)：如低速、低可靠性等。可編程邏輯器件CPLD含有數(shù)量眾多的可編程邏輯宏單元或邏輯塊，能夠任意組合，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成功能各異的邏輯電路；并且可采用VHDL語(yǔ)言編程，加速了產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程，使邏輯電路的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；器件的現(xiàn)場(chǎng)可編程，大大地縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期及方便更新?lián)Q代；但在信息處理、邏輯分析、決策判斷等方面CPLD 比不上單片機(jī)。因此，可以將單片機(jī)與CPLD器件結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，組成軟硬件都可靈活編程的系統(tǒng)，以適應(yīng)不斷改變的市場(chǎng)需求。一、設(shè)計(jì)任務(wù)了解單片機(jī)與CPLD綜合實(shí)驗(yàn)板及資

3、源，實(shí)現(xiàn)如下功能：檢測(cè)按鍵輸入：判斷按鍵鍵值，點(diǎn)亮相應(yīng)發(fā)光二極管，同時(shí)數(shù)碼管顯示鍵值，并通過(guò)串口將鍵值發(fā)給PC。由PC的串口向?qū)嶒?yàn)板發(fā)送19數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)碼管能將PC發(fā)送的數(shù)據(jù)正確顯示出來(lái)。二、相關(guān)知識(shí)介紹 1.單片機(jī)技術(shù) P89C60X2 器件采用高性能的靜態(tài)80C51 設(shè)計(jì)，以先進(jìn)的CMOS 工藝制造 并包含非易失性Flash。程序存儲(chǔ)器可通過(guò)并行編程或在系 統(tǒng)編程(ISP)的方法進(jìn)行編程。支持6 時(shí)鐘模式。 P89C60X2 包含512 字節(jié)RAM ，64K字節(jié)Flash，32 個(gè)I/O 口，3 個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6 中斷源，4 中斷優(yōu)先級(jí)，嵌套的中斷結(jié)構(gòu)，1 個(gè)增強(qiáng)型UART ，看門

4、狗定時(shí)器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 此外器件的靜態(tài)設(shè)計(jì)使其具有非常寬的頻率范圍甚至可低至零。具有兩個(gè)軟件可選的節(jié)電模式，空閑模式和掉電模式，空閑模式凍結(jié)CPU 的運(yùn)行，但允許RAM 、定時(shí)器、串口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)保持其功能，掉電模式保持RAM 的內(nèi)容，但凍結(jié)振蕩器，這樣使其它片內(nèi)功能都停止工作。由于是靜態(tài)設(shè)計(jì)，時(shí)鐘停止而不會(huì)使用戶數(shù)據(jù)丟失，操作可從時(shí)鐘停止點(diǎn)恢復(fù)運(yùn)行。 2.CPLD技術(shù) EPM7128S： ALTERA的EPM7128S系列CPLD是基于第二代MAX結(jié)構(gòu)體系地高性能EEPROM結(jié)構(gòu)的CPLD。完全符合IEEE1149.1 JTAG邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)，具有5V ISP的功能。具有最小5n

5、s的引腳到引腳的邏輯時(shí)延，最高可175.4MHz的計(jì)數(shù)頻率。引腳可配置為開漏輸出。每個(gè)宏單元都有獨(dú)立的可編程電源控制，最多可以節(jié)省50%的功耗。宏單元內(nèi)的寄存器具有單獨(dú)的時(shí)鐘和復(fù)位等信號(hào)。支持多種電壓接口。實(shí)驗(yàn)板上使用的是一個(gè)PLCC84封裝的EPM7128S ，EPM7128S內(nèi)部有128個(gè)宏單元、8個(gè)邏輯陣列塊和2500個(gè)門電路。 3.綜合實(shí)驗(yàn)板介紹 本綜合實(shí)驗(yàn)板采用的是ATMEL公司的ATF1508AS芯片作為目標(biāo)CPLD。 ATF1508AS 與Altera公司的EPM7128S芯片完全兼容，但是可以擦寫的次數(shù)可以上萬(wàn)次，方便同學(xué)們的練習(xí)。采用PHILIPS公司的最新的內(nèi)置ISP下載功

6、能的64 KB大容量Flash存儲(chǔ)器和特大RAM的P89C60X2單片機(jī)做為目標(biāo)單片機(jī)。三、設(shè)計(jì)工具簡(jiǎn)介 1.keilC51Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，如圖所示，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編

7、輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 2.MaxplusII Max+plus是Altera公司上一代的PLD開發(fā)軟件，提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境，Altera是世界上最大可編程邏輯器件的供應(yīng)商之一。Max+plus界面友好，使用便捷，被譽(yù)Max+plus是

8、Altera公司上一代的PLD開發(fā)軟件，提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境，Altera是世界上最大可編程邏輯器件的供應(yīng)商之一。Max+plus界面友好，使用便捷，被譽(yù)為業(yè)界最易用易學(xué)的EDA軟件。在Max+plus上可以完成設(shè)計(jì)輸入、元件適配、時(shí)序仿真和功能仿真、編程下載整個(gè)流程，它提供了一種與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境，使設(shè)計(jì)者能方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。目前Altera已經(jīng)停止開發(fā)MaxplusII，而轉(zhuǎn)向QuartusII軟件平臺(tái)。四、設(shè)計(jì)過(guò)程 1.單片機(jī)軟件設(shè)計(jì).過(guò)程.程序#include <reg51.h>unsigned char a,jieshou;void

9、 send_char(unsigned char shuzi);void delay(unsigned int x);sbit P00=P00; /即定義P00為P0口的第1位，以便進(jìn)行位操作。sbit P01=P01;sbit P02=P02;sbit P03=P03;sbit p04=P04;sbit P05= P05;main() p04=0; /蜂鳴器 delay(100); P05=0; delay(100); P05=1; delay(150); P05=0; delay(100); P05=1; delay(150); P05=0; delay(100); P05=1; TMOD

10、 = 0x20; / 將定時(shí)/計(jì)數(shù)器1設(shè)置為工作方式2,用于產(chǎn)生波特率,定時(shí)器 1不相應(yīng)外部中斷,定時(shí)器1處于定時(shí)方式,定時(shí)器1定時(shí)方式為"8位自動(dòng)充值定時(shí)" TH1= 0xFD; /給定時(shí)/計(jì)數(shù)器1裝初值，確定定時(shí)時(shí)長(zhǎng). TL1=0xFD; / 波特率9600 SCON = 0x50; / 01010000，串行口控制寄存器設(shè)置為工作方式1并允許中斷接收數(shù)據(jù)。 PCON = 0x00; / 波特率不倍增 TR1 = 1; / 啟動(dòng)定時(shí)器1 IE = 0x0; / 禁止任何中斷 a=0; while(1) unsigned char n; /n; P2=0xff; n=P2

11、; if(n!=0xff) /判斷鍵值 delay(20); if(n!=0xff) switch(n) case(0xfe):P03=0;P02=0;P01=0;P00=0;send_char(0x0);P05=0;delay(300);P05=1;delay(200);break;/0 case(0xfd):P03=0;P02=0;P01=0;P00=1;send_char(0x1);P05=0;delay(300);P05=1;delay(200);break;/1 case(0xfb):P03=0;P02=0;P01=1;P00=0;send_char(0x2);P05=0;delay

12、(300);P05=1;delay(200);break;/2 case(0xf7):P03=0;P02=0;P01=1;P00=1;send_char(0x3);P05=0;delay(300);P05=1;delay(200);break;/3 case(0xef):P03=0;P02=1;P01=0;P00=0;send_char(0x4);P05=0;delay(300);P05=1;delay(200);break;/4 case(0xdf):P03=0;P02=1;P01=0;P00=1;send_char(0x5);P05=0;delay(300);P05=1;delay(200

13、);break;/5 case(0xbf):P03=0;P02=1;P01=1;P00=0;send_char(0x6);P05=0;delay(300);P05=1;delay(200);break;/6 case(0x7f):P03=0;P02=1;P01=1;P00=1;send_char(0x7);P05=0;delay(300);P05=1;delay(200);break;/7 if(RI) / 是否有數(shù)據(jù)到來(lái)，由PC的串口向?qū)嶒?yàn)板發(fā)送19數(shù)據(jù) RI = 0; jieshou = SBUF; / 暫存接收到的數(shù)據(jù) switch(jieshou) case(0x0):P03=0;P0

14、2=0;P01=0;P00=0;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x1):P03=0;P02=0;P01=0;P00=1;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x2):P03=0;P02=0;P01=1;P00=0;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x3):P03=0;P02=0;P01=1;P00=1;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x4):P03=0;P02=1;P01=0;P00=0;P05=0;delay(300);P05=1;break

15、; case(0x5):P03=0;P02=1;P01=0;P00=1;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x6):P03=0;P02=1;P01=1;P00=0;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x7):P03=0;P02=1;P01=1;P00=1;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x8):P03=1;P02=0;P01=0;P00=0;P05=0;delay(300);P05=1;break; case(0x9):P03=1;P02=0;P01=0;P00=1;P05=0;de

16、lay(300);P05=1;break; void send_char(unsigned char shuzi) /傳送一個(gè)字符，串口將鍵值發(fā)給PC SBUF = shuzi; while(!TI); / 等特?cái)?shù)據(jù)傳送 TI = 0; / 清除數(shù)據(jù)傳送標(biāo)志 void delay(unsigned int x) unsigned char j; while(x-) for (j=0;j<125;j+) ; 2.cpld軟件設(shè)計(jì).過(guò)程.程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY li IS PORT( A: IN STD_LOGIC_

17、VECTOR(3 DOWNTO 0); Y:Out STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); KEYIN:in STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); LEDOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); KEYOUT:out STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); SPKIN:in STD_LOGIC; SPKOUT:OUT STD_LOGIC; W4IN:in STD_LOGIC; -位選 W4OUT:out STD_LOGIC); END li;ARCHITECTURE lili OF li IS SI

18、GNAL TEMP: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); SIGNAL TEMP3: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGIN W4OUT<=W4IN; SPKOUT<=SPKIN;PROCESS(A,KEYIN)VARIABLE COMB:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);VARIABLE COMB3:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINCOMB:=A(3)&A(2)&A(1)&A(0);COMB3:=KEYIN(7)&KEYIN(6)&am

19、p;KEYIN(5)&KEYIN(4)&KEYIN(3)&KEYIN(2)&KEYIN(1)&KEYIN(0);CASE COMB ISWHEN"0000"=>TEMP<="11000000" -0WHEN"0001"=>TEMP<="11111001"WHEN"0010"=>TEMP<="10100100"WHEN"0011"=>TEMP<="1011000

20、0"WHEN"0100"=>TEMP<="10011001"WHEN"0101"=>TEMP<="10010010"WHEN"0110"=>TEMP<="10000010"WHEN"0111"=>TEMP<="11111000"WHEN"1000"=>TEMP<="10000000" -8WHEN"1001"

21、=>TEMP<="10010000" -9WHEN OTHERS=>TEMP<="ZZZZZZZZ"END CASE;CASE COMB3 ISWHEN"11111110"=>TEMP3<="11111110" -采集的鍵值WHEN"11111101"=>TEMP3<="11111101"WHEN"11111011"=>TEMP3<="11111011"WHEN"11

22、110111"=>TEMP3<="11110111"WHEN"11101111"=>TEMP3<="11101111"WHEN"11011111"=>TEMP3<="11011111"WHEN"10111111"=>TEMP3<="10111111"WHEN"01111111"=>TEMP3<="01111111"WHEN OTHERS=>T

23、EMP3<="ZZZZZZZZ"END CASE;END PROCESS;Y(0)<=TEMP(0);Y(1)<=TEMP(1);Y(2)<=TEMP(2);Y(3)<=TEMP(3);Y(4)<=TEMP(4);Y(5)<=TEMP(5);Y(6)<=TEMP(6);Y(7)<=TEMP(7);-CPLD采集的鍵值數(shù)據(jù)通過(guò)keyout0keyout7送給單片機(jī)的A8A15輸入KEYOUT(0)<=TEMP3(0); KEYOUT(1)<=TEMP3(1);KEYOUT(2)<=TEMP3(2);KEYOUT(3)<=TEMP3(3);KEYOUT(4)<=TEMP3(4);KEYOUT(5)<=TEMP3(5);KEYOUT(6)<=TEMP3(6);KEYOUT(7)<=TEMP3(7);LEDOUT(0)<=TEMP3(0);LEDOUT(