單片機與fpga邏輯接口設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-26 22:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 高8位與低8位地址的編碼，組合成16位地址，然后再根據(jù)MCS51單片機的讀/寫信號，實現(xiàn)對FPGA/CPLD的讀寫操作。167。23 總線接口設(shè)計過程論述通過對MCS51單片機總線讀/寫時序的分析，設(shè)計了圖4所示的接口電路。在FPGA/CPLD中，設(shè)計了兩個模塊：一個是總線接口模塊，負責(zé)單片機與FPGA/CPLD的總線接口邏輯；另一個是寄存器單元及外部接口模塊，運用總線接口模塊來操作此模塊。圖4 MCS51單片機與FPGA/CPLD總線接口框圖圖中整個總線接口邏輯模塊將MCS51單片機的三總線信號編碼成5個信號輸出：16位地址信號addr1讀使能信號RD_EN、寫使能信號WR_EN、數(shù)據(jù)輸出信號Din及數(shù)據(jù)輸入信號Dout。在總線接口模塊中，又分為3個小模塊：三態(tài)緩沖模塊、鎖存器模塊及編碼模塊。三態(tài)緩沖模塊實現(xiàn)與單片機P0口接口；鎖存器模塊利用ALE信號鎖存單片機輸出的低8位地址。利用其下降沿將低8位地址鎖存于FPGA/CPLD中的地址鎖存器（address latch）中；當(dāng)ALE將低8位地址通過P0及三態(tài)緩沖器鎖存的同時，高8位地址已穩(wěn)定建立于P2口；通過編碼模塊將高8位與低8位地址組合成16位地址addr16。同時根據(jù)單片機的讀/寫控制信號編碼成RD_EN與WR_EN使能信號。若需從FPGA/CPLD中讀出數(shù)據(jù)，單片機則通過指令“MOVXA，@DPTR”使RD信號為低電平，使能RD_EN信號，由P0口將圖中地址addr16所指單元的數(shù)據(jù)讀入累加器A；但若將累加器A的數(shù)據(jù)寫進FPGA/CPLD中，單片機則需通過指令“MOVX @DPTR，A”和寫允許信號WR。這時，DPTR中的高8位和低8位數(shù)據(jù)作為高、低8位地址分別向P2和P0口輸出，然后經(jīng)ALE信號下降沿鎖存，產(chǎn)生16位地址addr16。再由WR的低電平使能WR_EN信號，將累加器A的數(shù)據(jù)經(jīng)P0口及三態(tài)緩沖器寫入圖中16位地址addr16所對應(yīng)的單元中。實現(xiàn)單片機對FPGA/CPLD的讀/寫操作。167。24 結(jié)果分析通過Quartus Ⅱ軟件對總線接口的邏輯設(shè)計進行設(shè)計，建立相應(yīng)的波形文件來進行仿真，檢測是否可行，并對占有資源、時序分析等相關(guān)因素進行分析，反復(fù)調(diào)試并分析得出的仿真結(jié)果，生成邏輯設(shè)計的內(nèi)部電路，證明單片機與FPGA總線接口邏輯可行，由于門電路及邏輯走線造成一定的延時，實踐證明都在ns級別，基本上可以忽略，但是因為造成的延時，時序仿真時會出現(xiàn)毛刺，有待進一步研究消除。三 結(jié)論本文的研究目的主要是針對單片機與FPGA總線接口邏輯設(shè)計，運用EDA技術(shù)對邏輯設(shè)計進行仿真，生成內(nèi)部邏輯電路圖，以實現(xiàn)單片機與FPGA之間的數(shù)據(jù)和控制信號的通信。設(shè)計以Altera公司的Cyclone系列芯片為硬件平臺，單片機芯片為核心，利用EDA技術(shù)的開發(fā)軟件Quartus Ⅱ?qū)偩€接口進行邏輯設(shè)計，按照接口的相關(guān)要求進行優(yōu)化，生成分析報告，并顯示邏輯設(shè)計占用FPGA芯片的邏
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