《(PLD可编程逻辑器件)基于51单片机和cpld试验开发板的设计精品》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(PLD可编程逻辑器件)基于51单片机和cpld试验开发板的设计精品（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于51单片机和CPLD试验开发板的设计摘 要 阐述了设计的各部分硬件的原理和用于试验的软件设计，特别给出了RTC的设计在实验板设计中的成功应用。单片机CPLD实验板将单片机与CPLD 有机结合在一起，构建以51单片机为主，CPLD 为辅的电路系统设计方案，既可以独立用于单片机实验或CPLD实验，也可以用于单片机和CPLD综合应用的实验。尤其，集成了具有ISP功能的CPLD和ISP功能的单片机，为初学者节约了昂贵的编程器成本。关键词：51单片机 CPLD ISP 编程器 实验板ABSTRACT In this paper,it was elaborated that the various p
2、arts of the design principles of hardware and software for test design, especially given the design of the RTC board in the successful application of design. The experiment of MCU and CPLD will be combined with the MCU-CPLD board,which mainly to build 51 single-chip, CPLD secondary circuit ystem des
3、ign, and both independent experiments or CPLD for the single-chip experiments can also be MCU and CPLD for the comprehensive application of the experiment. In particular, the integrated function of the CPLD and MCU with ISP for beginners saves the cost of expensive programmers.Key words: 51MCU CPLD
4、ISP programmer experiment board 目 录 引言3 1 MiniB的目的及意义3 2 MiniB的硬件设计4 2.1单片机与 CPLD 接口电路4 2.2 USB及串行接口电路 6 2.3最小系统及外围设备接口电路8 2.3.1电源电路8 2.3.2 单片机 P1 口扩展电路8 2.3.3显示接口电路12 3 MiniB的软件设计12 3.1由AVR单片机ATmega8实现USB转串口的驱动设计和ISP（in- system-programming）的使用12 3.2 RTC 设计实例（DS1302+LCD1602+复杂按键输入+多模式蜂鸣 器发声+多任务轮循架构）
5、13 3.2.1 任务解析及人性化设计要求13 3.2.2 多任务程序架构14 3.2.3任务调度17 3.2.4任务设计18 4 调试26 致谢27 参考文献28 引言 单片机以其控制功能强体积小价格低耗电省可靠性高等特点，嵌入式应用很广1。而单片机学习门槛较高，涉及单片机软硬件知识，同时还要掌握几种软硬件工具平台，初学者要想快速入门单片机领域，往往需要一个好的硬件平台和大量易懂的实例。随着电子技术的不断发展，大规模集成电路的运用越来越普遍，用CPLD/FPGA 来开发新产品是电子技术发展必然趋势。目前各高校逐步开设了单片机课程和可编程器件设计课程，而两门课程往往是独立开设，尤其是实验，而实
6、验是检验理论正确与否的试金石，是学好两门课程的重要手段和方法。从而，切实满足初学者需要的实验板的开发成为了现实，而目前市场上针对初学者而开发的综合实验板价格高，体积大，操作烦琐，不易学习掌握。1 MiniB的目的及意义现在市场上关于单片机和 CPLD的试验开发板很多，总体上来说设计不专业， 成本价格高，功能的单一，不能用于单片机和CPLD的 综合应用试验，操作复杂利用率不高，但对于在校学生和电子爱好者这些消费者来说需求还很大。1.1目的 为单片机和CPLD初学者提供一款经济实用型实验板,解决单片机和CPLD独立学习的问题,设计过程中个人知识能力的提升,以消费者的切实需要为原则，市场的需求明显。
7、1.2意义 此款单片机加CPLD实验板是总结单片机和CPLD学习的经验，站在初学者的角度上而开发，将单片机与CPLD 有机结合在一起，构建以单片机为主，CPLD 为辅的电路系统设计方案，既可以独立用于单片机实验或CPLD实验，也可以用于单片机和CPLD综合应用的实验，打造出袖珍单片机CPLD学习板。尤其，集成了具有ISP功能的CPLD和ISP功能的单片机，为初学者节约了昂贵的编程器成本。2 MiniB的硬件设计 系统结构如图2所示，该板采用单片机+CPLD 结构，单片机为主，CPLD 为辅。与单片机相连的模块 有：P1 口接发光二极管、蜂鸣器、继电器、AD/DA，P4 口（STC 单片机 PL
8、CC-44 封装特有）接实时时钟 DS1302、红外接收器，P3 口接 232 电平转换电路和 4 个按键，单片机 P0 口和 P2 口以及 P3.6、P3.7 作为 总线使用，CPLD 直接驱动 4 位数码管，并给 LCD 提供使能信号，单片机和 CPLD 引脚分别有扩展接口， 板上集成 5V 稳压电源，可以外接 DC9V 电源，也可以从计算机 USB 口直接取 5V 电源,JTAG接口完全符合IEEE1149.1标准，提供完全的边界扫描功能2。图2 系统结构图2.1 单片机与 CPLD 接口电路 现在所有单片机厂家都有支持 ISP 的单片机，由于 STC 公司推出的 STC 系列单片机具有
9、较强的功能和较高的性价比，本设计采用 STC89C516RD+单片机作为系统的核心。单片机选 STC89C5X，该系列单片机内部集成 MAX810/STC810 专用复位电路，内置看门狗，超强抗 干扰，轻松过 2KV/4KV 快速脉冲干扰（EFT），加密性强，STC89C52RCSTC89C58RD+系列与 Intel 8051 管脚兼容，宽电压，5.5V3.4V 给复位信号后能正常工作，PQFP-44，PLCC-44 封装有 P4 口。STC89C51RC 有 3 个定时器/计数器，1280 字节大容量内部数据 RAM ，特别是该系列单片机支持 ISP 编程，开发无需高价的编程器，可实现远程
10、升级，在 ISP下载编程时可设置6或12 时钟/机器周期模式，在 6 时钟模式，比普通 51 速度快一倍。 CPLD 有两种型号可选，ALTERA 的 EPM7064 和 ATMEL 的 ATF1504。 器件的参数特性可参阅相关资料。单片机和 CPLD 都选 择 PLCC-44 脚封装，占用 PCB 面积小，更换容易。图2.1(a) 单片机与 CPLD 接口电路 Mini51 板的 CPLD 选择 Altera 公司的 EPM7064。单片机与CPLD总线接口如图2.1(a) 所示。数据总 线既单片机 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
11、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。 单片机与CPLD之间可以根据需要，采用多种不同的接口方式，这里提出一种总线接口方案，采用三总线（数据、 控制、地址）结构，如图2.1（b）所示，双向数据总线完成数据传 输，单向控制总线
12、和地址总线通过 CPLD对外围对象控制。图2.1（b） 单片机与 CPLD 接口电路框图2.2 USB及串行接口电路 由AVR单片机ATmega8实现USB转串口且实现ISP（in-system-programming）功能的接口电路,如图2.2。 USB接口使用方便，逐渐成为主流，计算机经典接口串口，并口慢慢消失，于是出现USB转串口，转并口，专用IC很多，一般都很昂贵，USB方案成为最佳选择。ATmega8是AVR高档单片机中内部接口丰富、功能齐全、性能价格比最好的品种2。通过烧写USBASP固件和AVR-CDC固件分别实现两种功能：一是实现AVR和S51 ISP编程，二是实现USB转串口。这里串口输出（图中为uRxD和uTxD）为TTL电平，可以直接接单片机。
