??? 摘? 要: 介紹了用ALTERA公司MAX7000系列CPLD芯片實現(xiàn)單片機與PC104ISA總線接口之間的并行通信。給出了系統(tǒng)設(shè)計方法及程序源代碼。?

??? 關(guān)鍵詞: CPLD? ISA總線? 并行通信

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??? CPLD(Complex Programmable Logic Device)是一種復(fù)雜的用戶可編程邏輯器件,由于采用連續(xù)連接結(jié)構(gòu),易于預(yù)測延時,從而使電路仿真更加準確。CPLD是標準的大規(guī)模集成電路產(chǎn)品,可用于各種數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設(shè)計。近年來,由于采用先進的集成工藝和大批量生產(chǎn),CPLD器件成本不斷下降,集成密度、速度和性能大幅度提高,一個芯片就可以實現(xiàn)一個復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng);再加上使用方便的開發(fā)工具,使用CPLD器件可以極大地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,給設(shè)計修改帶來很大方便^[1]。本文以ALTERA公司的MAX7000系列為例,實現(xiàn)MCS51單片機與PC104ISA總線接口的并行通信。采用這種通信方式,數(shù)據(jù)傳輸準確高速,在12MHz晶振的MCS51單片機控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,可以滿足與PC104 ISA總線接口實時通信的要求,通信速率達200Kbps。?

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案?

??? 用CPLD實現(xiàn)單片機與PC104ISA總線接口的并行通信,由于PC104主要完成其它方面的數(shù)據(jù)采集工作,只是在空閑時才能接收單片機送來的數(shù)據(jù),所以要求雙方通信的實時性很強,但數(shù)據(jù)量不是很大。因此在系統(tǒng)設(shè)計中,單片機用中斷方式接收數(shù)據(jù),PC104采用查詢方式接收數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。?

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??? 在單片機部分,D[0..7]是數(shù)據(jù)總線,A[0..15]是地址總線,RD和WR分別是讀寫信號線,INT0是單片機的外部中斷,當單片機的外部中斷信號有效時,單片機接收數(shù)據(jù)。?

??? 在CPLD部分,用一片MAX7000系列中的PM7128?ESLC84來實現(xiàn),用來完成MCS51與PC104ISA總線接口之間的數(shù)據(jù)傳輸、狀態(tài)查詢及延時等待。?

??? 在PC104ISA部分,只用到PC104的8位數(shù)據(jù)總線D[0..7],A[0..9]是PC104的地址總線;/IOW和/IOR是對指定設(shè)備的讀寫信號;AEN是允許DMA控制地址總線、數(shù)據(jù)總線和讀寫命令線進行DMA傳輸以及對存儲器和I/O設(shè)備的讀寫;IOCHRDY是I/O就緒信號,I/O通道就緒為高,此時處理機產(chǎn)生的存儲器讀寫周期為4個時鐘周期,產(chǎn)生的I/O讀寫周期和DMA字節(jié)傳輸均需5個時鐘周期,MCS51通過置此信號為低電平使CPU插入等待周期,從而延長I/O周期;SYSCLK是系統(tǒng)時鐘信號,使系統(tǒng)與外部設(shè)備保持同步;RESETDR是上電復(fù)位或系統(tǒng)初始化邏輯信號,是系統(tǒng)總清信號。?

2 基于MAX+plusII的硬件實現(xiàn)?

??? ALTERA公司的CPLD開發(fā)工具MAX+plusII,支持多種輸入方式,給設(shè)計開發(fā)提供了極大的方便,因此本系統(tǒng)采用MAX+plusII進行設(shè)計。系統(tǒng)的主體部分用原理圖輸入方式,由于庫中提供了現(xiàn)成的芯片,所以使用很方便。原理圖輸入部分如圖2和圖3所示。圖2主要完成單片機與ISA接口通信中的數(shù)據(jù)傳輸和握手判斷。在圖2中,各信號說明如下:?

??? D[0..7]???? 單片機的8位雙向數(shù)據(jù)總線;?

??? PCD[0..7]?? ISA接口的8位雙向數(shù)據(jù)總線;?

??? PCRD??????? ISA接口的讀有效信號;?

??? PCWR??????? ISA接口的寫有效信號;?

??? STATE?????? ISA接口的查詢選通信號,用來判斷單片機已寫數(shù)據(jù)或讀走數(shù)據(jù);?

??? PCSTATE 單片機用此查詢ISA接口已取走數(shù)據(jù);?

??? MCURD?????? 單片機的讀有效信號;?

??? MCUWD?????? 單片機的寫有效信號;?

??? INT0??????? 單片機的外部中斷信號。?

??? 當MCUWR信號有效時,單片機把數(shù)據(jù)鎖存于74LS374(1)中,此時PCSTATE變?yōu)?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/高電平" title="高電平" target="_blank">高電平;PC104用STATE信號選通74LS244來判斷數(shù)據(jù)位PCD0是否為高電平,如果為高,說明單片機送來了數(shù)據(jù),則使PCRD有效,從數(shù)據(jù)鎖存器74LS374(1)中取走數(shù)據(jù),此時PCSTATE變?yōu)榈碗娖?單片機通過判斷此信號為低電平來判定PC104已取走了數(shù)據(jù),此時可以發(fā)下一個數(shù)據(jù)。?

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??? 當PCWR信號有效時,PC104把數(shù)據(jù)鎖存于74LS374(2)中,此時INT0變?yōu)榈碗娖?單片機產(chǎn)生外部中斷,使MCURD信號有效,從數(shù)據(jù)鎖存器74LS3734(2)中取走數(shù)據(jù)。此時INT0變?yōu)楦唠娖?PC104用STATE信號選通74LS244判斷數(shù)據(jù)位PCD1是否為高電平,如果為高電平,則說明單片機取走了數(shù)據(jù),可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。?

??? PC104與單片機進行通信,最關(guān)鍵的就是速度匹配問題。由于PC104的速度快,而單片機的速度較慢,所以要在PC104的IOCHRDY處插入等待周期。如圖3所示,各信號說明如下:?

??? IOCHRDY 用來使ISA接口等待5個時鐘周期;?

??? DLY_D?????? 延時輸入信號;?

??? DLY_CK????? 延時等待時鐘信號;?

??? DLY_CLR 等待清除信號,為開始下一次送數(shù)周期做準備;?

??? DELAY?????? 延時5個時鐘周期后的輸出信號,作為DLY_CLR信號的輸入;?

??? SYSCLK????? ISA接口的系統(tǒng)時鐘信號。?

??? 在MCS51與PC104進行通信的過程中,DLY_D信號一直有效(高電平),在信號SYSCLK的作用下,每5個時鐘周期DELAY信號有效一次,即為高電平。此時DLY_CLR信號有效(低電平),IOCHRDY信號變?yōu)楦唠娖?PC104可以讀寫數(shù)據(jù)。?

??? 地址譯碼部分采用文本輸入方式,用ALTERA公司的硬件設(shè)計開發(fā)語言AHDL(Altera Hardware Description Language)實現(xiàn)。AHDL是一種模塊化的高級語言,完全集成于MAX+plus II系統(tǒng)中,特別適合于描述復(fù)雜的組合邏輯、狀態(tài)機和真值表,地址譯碼部分采用文本輸入方式充分體現(xiàn)了文本輸入方式的優(yōu)點。文本輸入內(nèi)容如下:?

??? SUBDESIGN Address?

??? (?

??? PCA[9..0]?? :INPUT;?

??? AEN，IOR，IOW?????? :INPUT;?

??? RESETDR，DELAY????? :INPUT;?

??? A[15..14]?????????? :INPUT;?

??? RD，WR????????????? :INPUT;?

??? DLY_D?????????????? :OUTPUT;?

??? DLY_CK????????????? :OUTPUT;?

??? DLY_CLR??????????? ?:OUTPUT;?

??? STATE?????????????? :OUTPUT;?

??? PCRD??????????????? :OUTPUT;?

??? PCWR??????????????? :OUTPUT;?

??? MCURD?????????????? :OUTPUT;?

??? MCUWR?????????????? :OUTPUT;?

??? )?

??? BEGIN?

??? ?選DLY_CLR=RESETDR#DELAY;?

??? DLY_D=?選AEN&(PCA[9..1]==H″110″);?

??? DLY_CK=?選AEN&(PCA[9..1]==H″110″)&(?選IOR#?選IOW);?

??? ?選PCWR=?選AEN&(PCA[9..0]==H″220″)&?選IOW;?

??? ?選PCRD=?選AEN&(PCA[9..0]==H″220″)&IOR;?

??? ?選STATE=?選AEN&(PCA[9..0]==H″221″)&?選IOR;?

??? ?選MCSWR=(A[15..14]==H″2″)&?選WR;?

??? END;?

??? 說明:PCA[9..0]是PC104的地址信號,A[15..14]是單片機的地址信號,PC104用到端口地址220H和221H。?

3 通信軟件設(shè)計?

??? PC104是基于ISA總線的,在系統(tǒng)軟件設(shè)計中要防止地址沖突。PC104中使用A0～A9地址位來表示I/O端口地址,即可有1024個口地址,前512個供系統(tǒng)板使用,后512個供擴充插槽使用,當A9=0時表示為系統(tǒng)板上的口地址;當A9=1時表示擴充插槽接口卡上的口地址^[2]。因為本設(shè)計中采用保留的口地址220H和221H,保證不會發(fā)生地址沖突。?

??? 在本程序中,PC104采用查詢方式接收數(shù)據(jù),單片機采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。?

??? #define pcreadwrite 0x220?? ;PC104讀寫數(shù)據(jù)口地址?

??? #define pcrdstate 0x221???? ;PC104查詢狀態(tài)口地址?

??? PC104寫數(shù)據(jù)函數(shù):?

??? void pcwrite(int port，unsigned char ch)?

??? outportb(pcreadwrite，ch);?

??? while((inportb(pcrdstate)&0x02)?選=0x02);等待單片機讀走數(shù)據(jù)?

??? {? }?

??? }?

??? 單片機讀子程序:?

??? MCUR: MOV DPTR,#400H?

??????? MOVX? A,@DPTR?

????????? RETI?

??? PC104讀數(shù)據(jù)函數(shù):?

??? unsigned char pcread(int port)?

??? {? while ((inportb(pcrdstate)&0x0)?選=0x01);等待單片機寫數(shù)據(jù)?

????? {? }?

??? ? return inportb(pcreadwrite);?

??? }?

??? 單片機寫子程序:?

??? MCUWR: MOV DPTR,#8000H?

?????????? MOVX? @DPTR，A?

??? ; 等待PC104讀寫數(shù)據(jù)?

??? RET?

參考文獻?

1 李冬梅.PLD器件與EDA技術(shù).北京:北京廣播學院出版社,?

? 2000?

2 王士元.C高級實用程序設(shè)計.北京:清華大學出版社,?

? 1996