基于51單片機(jī)和CPLD的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

引言

在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，通常將單片機(jī)作為控制核心并輔以相應(yīng)的元器件構(gòu)成一個整體。但這種方法硬件連線復(fù)雜、可靠性差，且在實(shí)際應(yīng)用中往往需要外加擴(kuò)展芯片，這無疑會增大控制系統(tǒng)的體積，還會增加引入干擾的可能性。對一些體積小的控制系統(tǒng)，要求以盡可能小的器件體積實(shí)現(xiàn)盡可能復(fù)雜的控制功能，直接應(yīng)用單片機(jī)及其擴(kuò)展芯片就難以達(dá)到所期望的效果。

復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）具有集成度高、運(yùn)算速度快、開發(fā)周期短等特點(diǎn)，它的出現(xiàn)，改變了數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法、增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性。基于此，本文提出了一種采用Altera公司的CPLD(ATF1508AS) 和Atmel公司的單片機(jī)(AT89S52)相結(jié)合的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法。該數(shù)字頻率計(jì)電路簡潔，軟件潛力得到充分挖掘，低頻段測量精度高，有效防止了干擾的侵入。獨(dú)到之處體現(xiàn)在用軟件取代了硬件。

CPLD開發(fā)環(huán)境簡介

1 VHDL語言

VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超高速集成電路硬件描述語言）是由美國國防部開發(fā)的一種快速設(shè)計(jì)電路的工具，目前已經(jīng)成為IEEE的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。相比傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，VHDL具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，支持自頂向下和基于庫的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)者可以不必了解硬件結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行系統(tǒng)方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方框圖一級用VHDL對電路的行為進(jìn)行描述，并進(jìn)行仿真和糾錯，然后在系統(tǒng)一級進(jìn)行驗(yàn)證，最后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的網(wǎng)表，下載到具體的CPLD器件中去，從而實(shí)現(xiàn)可編程的專用集成電路（ASIC）的設(shè)計(jì)。

2 Max+PlusⅡ開發(fā)工具

Max+PlusⅡ開發(fā)工具是美國Altera公司自行設(shè)計(jì)的一種CAE軟件工具。它具有全面的邏輯設(shè)計(jì)能力，設(shè)計(jì)者可以自由組合文本、圖形和波形輸入法，建立起層次化的單器件或多器件設(shè)計(jì)。利用該工具配備的編輯、編譯、仿真、綜合、芯片編程等功能，將設(shè)計(jì)的電路圖或電路描述程序變成基本的邏輯單元寫入到可編程芯片中（如CPLD、FPGA），做成ASIC芯片。

它支持FLEX、MAX及Classic等系列CPLD器件，設(shè)計(jì)者無須精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu) ，只需用自己熟悉的設(shè)計(jì)輸入工具，如高級行為語言、原理圖或波形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入，它便將這些設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成目標(biāo)結(jié)構(gòu)所要求的格式，從而簡化了設(shè)計(jì)過程。而且 Max+PlusⅡ提供了豐富的邏輯功能庫供設(shè)計(jì)者使用。設(shè)計(jì)者利用以上這些庫及自己添加的宏功能模塊，可大大減輕設(shè)計(jì)的工作量。使用Max+PlusⅡ 設(shè)計(jì)CPLD器件的流程如圖1所示。

　　圖1 Max+PlusⅡ設(shè)計(jì)CPLD器件的流程圖