单片机与CPLD综合课程设计

1、 单片机与CPLD综合课程设计 学院 电子信息工程学院 专业 生物医学工程 学号 100421101 姓名 陈 俊 日期 2014年1月4日 摘 要基于单片机与C P L D 设计了一个键值采集、显示及与PC通信的综合应用系统。系统硬件由单片机、CPLD 及外围电路组成，软件采用C 语言和硬件描述语言VHDL 编程。可实现上行键值采集、显示，并将采集到的键值数据通过串口送给PC；下行PC发送数据由系统接收，数码管可以显示接收到的数据。该系统工作可靠，在实际设计应用中有一定的参考价值。引 言随着电子、计算机技术的飞速发展，单片机与CPLD技术都得到了越来越广泛的应用。单片微型计算机(单片机)自问

2、世以来，因其小巧灵活、成本低、控制能力强、易于产品化等优势，在各领域中得到广泛的应用；但纯单片机系统也有弱点：如低速、低可靠性等。可编程逻辑器件CPLD含有数量众多的可编程逻辑宏单元或逻辑块，能够任意组合，可以根据需要设计成功能各异的逻辑电路；并且可采用VHDL语言编程，加速了产品的开发过程，使逻辑电路的设计变得简单、易于实现；器件的现场可编程，大大地缩短了产品开发周期及方便更新换代；但在信息处理、逻辑分析、决策判断等方面CPLD 比不上单片机。因此，可以将单片机与CPLD器件结合，优势互补，组成软硬件都可灵活编程的系统，以适应不断改变的市场需求。一、设计任务了解单片机与CPLD综合实验板及资

3、源，实现如下功能：检测按键输入：判断按键键值，点亮相应发光二极管，同时数码管显示键值，并通过串口将键值发给PC。由PC的串口向实验板发送19数据，通过数码管能将PC发送的数据正确显示出来。二、相关知识介绍 1.单片机技术 P89C60X2 器件采用高性能的静态80C51 设计，以先进的CMOS 工艺制造 并包含非易失性Flash。程序存储器可通过并行编程或在系 统编程(ISP)的方法进行编程。支持6 时钟模式。 P89C60X2 包含512 字节RAM ，64K字节Flash，32 个I/O 口，3 个16 位定时/计数器6 中断源，4 中断优先级，嵌套的中断结构，1 个增强型UART ，看门

4、狗定时器以及片内振荡器和时钟电路。 此外器件的静态设计使其具有非常宽的频率范围甚至可低至零。具有两个软件可选的节电模式，空闲模式和掉电模式，空闲模式冻结CPU 的运行，但允许RAM 、定时器、串口和中断系统继续保持其功能，掉电模式保持RAM 的内容，但冻结振荡器，这样使其它片内功能都停止工作。由于是静态设计，时钟停止而不会使用户数据丢失，操作可从时钟停止点恢复运行。 2.CPLD技术 EPM7128S： ALTERA的EPM7128S系列CPLD是基于第二代MAX结构体系地高性能EEPROM结构的CPLD。完全符合IEEE1149.1 JTAG边界扫描标准，具有5V ISP的功能。具有最小5n

5、s的引脚到引脚的逻辑时延，最高可175.4MHz的计数频率。引脚可配置为开漏输出。每个宏单元都有独立的可编程电源控制，最多可以节省50%的功耗。宏单元内的寄存器具有单独的时钟和复位等信号。支持多种电压接口。实验板上使用的是一个PLCC84封装的EPM7128S ，EPM7128S内部有128个宏单元、8个逻辑阵列块和2500个门电路。 3.综合实验板介绍 本综合实验板采用的是ATMEL公司的ATF1508AS芯片作为目标CPLD。 ATF1508AS 与Altera公司的EPM7128S芯片完全兼容，但是可以擦写的次数可以上万次，方便同学们的练习。采用PHILIPS公司的最新的内置ISP下载功

6、能的64 KB大容量Flash存储器和特大RAM的P89C60X2单片机做为目标单片机。三、设计工具简介 1.keilC51Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。C51工具包的整体结构，如图所示，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编

7、辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 2.MaxplusII Max+plus是Altera公司上一代的PLD开发软件，提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。Max+plus界面友好，使用便捷，被誉Max+plus是

8、Altera公司上一代的PLD开发软件，提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。Max+plus界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在Max+plus上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。目前Altera已经停止开发MaxplusII，而转向QuartusII软件平台。四、设计过程 1.单片机软件设计.过程.程序#include <reg51.h>unsigned char a,jieshou;void

9、 send_char(unsigned char shuzi);void delay(unsigned int x);sbit P00=P00; /即定义P00为P0口的第1位，以便进行位操作。sbit P01=P01;sbit P02=P02;sbit P03=P03;sbit p04=P04;sbit P05= P05;main() p04=0; /蜂鸣器 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; / 将定时/计数器1设置为工作方式2,用于产生波特率,定时器 1不相应外部中断,定时器1处于定时方式,定时器1定时方式为"8位自动充值定时" TH1= 0xFD; /给定时/计数器1装初值，确定定时时长. TL1=0xFD; / 波特率9600 SCON = 0x50; / 01010000，串行口控制寄存器设置为工作方式1并允许中断接收数据。 PCON = 0x00; / 波特率不倍增 TR1 = 1; / 启动定时器1 IE = 0x0; / 禁止任何中断 a=0; while(1) unsigned char n; /n; P2=0xff; n=P2

11、; if(n!=0xff) /判断键值 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) / 是否有数据到来，由PC的串口向实验板发送19数据 RI = 0; jieshou = SBUF; / 暂存接收到的数据 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) /传送一个字符，串口将键值发给PC SBUF = shuzi; while(!TI); / 等特数据传送 TI = 0; / 清除数据传送标志 void delay(unsigned int x) unsigned char j; while(x-) for (j=0;j<125;j+) ; 2.cpld软件设计.过程.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; -位选 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" -采集的键值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采集的键值数据通过keyout0keyout7送给单片机的A8A15输入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(