專利名稱：一種單片機(jī)與cpld協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電子設(shè)計(jì)應(yīng)用教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別提供了一種單片機(jī)與CPLD 協(xié)同設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
技術(shù)背景現(xiàn)有的電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大都是以某單一器件，如單片機(jī)、CPLD或FPGA為核心器件，其他外圍電路均圍繞該核心器件進(jìn)行連接，形成單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)或EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基于這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只能進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)或EDA實(shí)驗(yàn)。由于單片機(jī)擅長(zhǎng)進(jìn)行事務(wù)處理，CPLD擅長(zhǎng)進(jìn)行邏輯處理，因此基于單片機(jī)與CPLD進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前電子設(shè)計(jì)的趨勢(shì)之一?，F(xiàn)有的某些綜合性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如李慶等研制的“基于S51單片機(jī)與CPLD的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”(見《電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)》2009年6月，第31卷第3期，75-77頁(yè))、程瓊等研制的“基于 ISP技術(shù)的單片機(jī)與CPLD實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”(見《實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)》2009年2月，第7卷第1期， 71-72頁(yè))中雖然同時(shí)具有單片機(jī)和CPLD器件，但這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仍然采用單片機(jī)和CPLD分別連接外圍電路的方式，因此不能充分體現(xiàn)單片機(jī)與CPLD的各自優(yōu)勢(shì)，無(wú)法進(jìn)行比較全面的單片機(jī)與CPLD協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就在于克服上述缺陷，提供了一種單片機(jī)與CPLD協(xié)同設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為硬件平臺(tái)，可進(jìn)行單片機(jī)與CPLD協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)或電子工程設(shè)計(jì)。在此方案中，單片機(jī)作為核心芯片只與另一核心芯片CPLD進(jìn)行連接，所有的外圍功能電路均只與CPLD電路進(jìn)行連接，不與單片機(jī)電路連接?；谶@種結(jié)構(gòu)的電子系統(tǒng)中，單片機(jī)只進(jìn)行事務(wù)處理，不進(jìn)行任何接口時(shí)序或邏輯處理，所有的時(shí)序和邏輯處理均由CPLD 完成，CPLD被設(shè)計(jì)成單片機(jī)的一個(gè)協(xié)處理器，采用這種結(jié)構(gòu)可使單片機(jī)節(jié)省大量的機(jī)時(shí)用于處理更復(fù)雜的事務(wù)，充分發(fā)揮單片機(jī)和CPLD的各自優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。采用的技術(shù)方案是一種單片機(jī)與CPLD協(xié)同設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括單片機(jī)電路和CPLD電路，單片機(jī)電路接單片機(jī)編程電路，CPLD電路接CPLD編程電路，CPLD電路接時(shí)鐘源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、靜態(tài)存儲(chǔ)器電路、EEPROM電路、異步串行通信電路、USB接口電路、溫度測(cè)量電路、紅外發(fā)送電路、紅外接收電路、LED靜態(tài)顯示電路、LED動(dòng)態(tài)顯示電路、矩陣鍵盤電路、蜂鳴器控制電路、繼電器控制電路、光電耦合輸出電路的信號(hào)輸入端連接。在此方案中單片機(jī)電路中的單片機(jī)芯片采用AT89S51/52、CPLD電路中的CPLD芯片采用XCR3256TQ144、USB接口電路中的USB接口芯片采用FT245BL。除單片機(jī)編程電路外，單片機(jī)電路不與任何外圍電路連接，只與CPLD電路連接， 單片機(jī)采用外部數(shù)據(jù)通信的方式與CPLD進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即使用MOVX @DPTR，A指令向CPLD 發(fā)送數(shù)據(jù)，使用MOVX A，ODPTR指令從CPLD讀取數(shù)據(jù)。CPLD根據(jù)單片機(jī)外部數(shù)據(jù)訪問(wèn)的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換，并根據(jù)單片機(jī)指令控制相應(yīng)的外圍器件，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。采用這種方式，CPLD作為單片機(jī)與外圍電路的橋梁，被設(shè)計(jì)成單片機(jī)的協(xié)處理器，借助于該協(xié)處理器，單片機(jī)只用一條指令就可實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍器件的控制，可大幅節(jié)約單片機(jī)的機(jī)時(shí)。本實(shí)用新型的有益效果在于1、能夠發(fā)揮單片機(jī)與CPLD各自優(yōu)勢(shì)，綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)和EDA技術(shù)，可簡(jiǎn)化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2、單片機(jī)與CPLD均可現(xiàn)場(chǎng)編程，系統(tǒng)使用方便靈活；3、電路模塊齊全、可靠性好，可進(jìn)行多種單片機(jī)協(xié)處理器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如LED動(dòng)態(tài)顯示協(xié)處理器、矩陣鍵盤協(xié)處理器、靜態(tài)存儲(chǔ)器訪問(wèn)協(xié)處理器、異步串行通信協(xié)處理器、A/D 轉(zhuǎn)換協(xié)處理器、EEPROM訪問(wèn)協(xié)處理器、USB接口協(xié)處理器、溫度測(cè)量協(xié)處理器、紅外發(fā)送/接收接口協(xié)處理器等；4、配合軟件不僅能滿足教學(xué)的需要，還能直接進(jìn)行電子工程應(yīng)用設(shè)計(jì)。

圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中，電源電路20提供+5V和+3. 3V直流電源，供其它模塊電路使用；單片機(jī)電路1中的單片機(jī)芯片采用4189551/52，其32根1/0引腳以及41^、乂1々1^1引腳均連接到CPLD電路2，并由CPLD電路為其提供工作時(shí)鐘；CPLD電路2中的CPLD芯片采用 XCR3256TQ144；單片機(jī)電路1與單片機(jī)編程電路3連接，用戶可通過(guò)單片機(jī)編程電路3向單片機(jī)芯片下載程序；CPLD編程電路4與CPLD電路2連接，用戶可通過(guò)CPLD編程電路4向CPLD 芯片下載程序。時(shí)鐘源電路5與CPLD電路2連接，為CPLD芯片提供工作時(shí)鐘；A/D轉(zhuǎn)換電路6與 CPLD電路2連接，其中的A/D轉(zhuǎn)換芯片在CPLD的控制下，可將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果傳輸?shù)紺PLD ； 靜態(tài)存儲(chǔ)器電路7與CPLD電路2連接，提供3 字節(jié)的靜態(tài)存儲(chǔ)單元，在CPLD的控制下可對(duì)這些靜態(tài)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫訪問(wèn)；EEPROM電路8與CPLD電路2連接，提供256字節(jié)的 EEPROM存儲(chǔ)單元，在CPLD的控制下可對(duì)這些EEPROM存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫訪問(wèn)；異步串行通信電路9與CPLD電路2連接，其功能是實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232電平轉(zhuǎn)換，通過(guò)該電路，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的異步串行通信；USB接口電路10與CPLD電路2連接，USB接口電路10中的USB接口芯片選用FTM5BL，通過(guò)該電路，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的USB通信； 溫度測(cè)量電路11與CPLD電路2連接，在CPLD的控制下，可將溫度測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PLD ； 紅外發(fā)送電路12與CPLD電路2連接，在CPLD控制下，可發(fā)射一定頻率的紅外光；紅外接收電路13與CPLD電路2連接，當(dāng)其接收到38KHz的紅外光時(shí)，向CPLD輸出低電平，否則輸出高電平，CPLD可據(jù)此接收從紅外發(fā)光電路12傳送的信息；LED靜態(tài)顯示電路14與CPLD電路2連接，由8個(gè)LED及相應(yīng)電路構(gòu)成，由CPLD控制LED的亮滅；LED動(dòng)態(tài)顯示電路15與 CPLD電路2連接，由4位共陰8段數(shù)碼管及相應(yīng)電路構(gòu)成，由CPLD控制其動(dòng)態(tài)刷新，從而顯示信息；矩陣鍵盤電路16與CPLD電路2連接，由一個(gè)4X4矩陣鍵盤構(gòu)成，可向CPLD發(fā)送鍵盤信號(hào)；蜂鳴器電路17與CPLD電路2連接，由CPLD控制其是否發(fā)出蜂鳴音；繼電器控制電路18與CPLD電路2連接，由CPLD控制其開關(guān)；光電耦合輸出電路19與CPLD電路2連接，由4路光電耦合器件構(gòu)成，由CPLD控制其開關(guān)。 在軟件的配合下，以上電路可實(shí)現(xiàn)一定的功能，教師或?qū)W生可利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)編程進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求1.一種單片機(jī)與CPLD協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括單片機(jī)電路和CPLD電路，其特征是單片機(jī)電路接CPLD電路，單片機(jī)電路接單片機(jī)編程電路，CPLD電路接CPLD編程電路，CPLD電路接時(shí)鐘源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、靜態(tài)存儲(chǔ)器電路、EEPROM電路、異步串行通信電路、USB接口電路、溫度測(cè)量電路、紅外發(fā)送電路、紅外接收電路、LED靜態(tài)顯示電路、LED動(dòng)態(tài)顯示電路、矩陣鍵盤電路、蜂鳴器控制電路、繼電器控制電路、光電耦合輸出電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片機(jī)與CPLD協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，，其特征是單片機(jī)電路(1)中的單片機(jī)芯片采用AT89S51/52、CPLD電路(2)中的CPLD芯片采用)(CR3256TQ144、 USB接口電路(10)中的USB接口芯片采用FTM5BL。
專利摘要一種單片機(jī)與CPLD協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括單片機(jī)電路和CPLD電路，單片機(jī)電路接CPLD電路；單片機(jī)與CPLD各接編程電路；CPLD電路接時(shí)鐘源電路、靜態(tài)存儲(chǔ)器電路、EEPROM電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、異步串行通信電路、USB接口電路、溫度測(cè)量電路、紅外發(fā)送電路、紅外接收電路、LED靜態(tài)顯示電路、LED動(dòng)態(tài)顯示電路、矩陣鍵盤電路、蜂鳴器控制電路、繼電器控制電路、光電耦合輸出電路。本實(shí)用新型具有單片機(jī)與CPLD均可現(xiàn)場(chǎng)編程、電路模塊齊全、可靠性好、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202171888SQ20102064431
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者劉昶, 孫麗梅 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)