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用CPLD實現(xiàn)單片機與ISA總線并行通信

作者: 時間:2012-02-04 來源:網(wǎng)絡 收藏

(Complex Programmable Logic DEVICE)是一種復雜的用戶可編程邏輯器件,由于采用連續(xù)連接結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于預測延時,從而電路仿真更加準確。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)的設計。近年來,由于采用先進的集成工藝和大批量生產(chǎn),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PC104 。采用這種通信方式,數(shù)據(jù)傳輸準確、高速,在12 MHz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接口實時通信的要求,通信速率達200Kbps。

1 系統(tǒng)總體設計方案

本系統(tǒng)用CLPD實現(xiàn)單片機與PC104 ISA總線接口的。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)設計中單片機中斷方式接收數(shù)據(jù),PC104采用查詢方式接收數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設計方案如圖1所示。



在圖1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,由一片MAX7000系列中的EPM7128LSC84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PC104 ISA部分,只用到ISA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是對指定設備的讀寫信號;AEN是允許DMA控制地址總線、數(shù)據(jù)總線及讀寫命令線進行DMA傳輸,及對存儲器和I/O設備的讀寫;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來使CPU插入等待周期,從而延長I/O周期;SYSCLK是系統(tǒng)時鐘信號,是為了與外部設備保持同步;RESETDR是上電復位或系統(tǒng)初始化邏輯,是系統(tǒng)總清信號。

2 基于MAX+plus II的硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)是用ALTERA公司的CPLD開發(fā)工具MAX+plusII。它支持多種輸入方式,給設計開發(fā)提供了極大的方便。系統(tǒng)的主體部分仍是用原理圖輸入方式。由于庫中提供了現(xiàn)在的芯片,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。

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;
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);
MSCRD 單片機的讀有效信號;
MCSWR 單片機的寫有效信號;
INT0 單片機的外部中斷信號;

當MCUWR信號有效后,單片機把數(shù)據(jù)鎖存于74LS374(1)中,此時,PCSTATE變?yōu)楦唠娖?。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),那么使PCRD有效,從數(shù)據(jù)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),可以發(fā)下一個數(shù)據(jù)。



當PCWR信號有效后,PC104把數(shù)據(jù)鎖存于74LS374(2)中,此時,INT0變?yōu)榈碗婇c,單片機產(chǎn)生外部中斷,使MCSRD信號有效,從數(shù)據(jù)鎖存器74LS374(2)中取走裝飾,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,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。


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