采用CPLD來替代微處理器的6種方法

　　隨著低功耗CPLD的出現(xiàn)，低功耗電子產(chǎn)品設(shè)計人員現(xiàn)在有新的選擇來實現(xiàn)以前由微控制器完成的多種功能。本白皮書討論什么時候適合采用CPLD替代微控制器，什么時候可以采用CPLD作為微控制器的輔助器件。

　　引言

　　如果告訴便攜式電子設(shè)計人員有一種低功耗數(shù)字器件能使他們利用軟件程序來重新配置硬件工作，他們中的十個會有九個認為這是某種微控制器。這是可以理解的。豐富的特性和封裝、大量的軟件開發(fā)工具，以及龐大的應(yīng)用代碼庫，無處不在的微控制器幾乎能夠用在所有便攜式應(yīng)用中。然而，隨著低功耗CPLD的出現(xiàn)，設(shè)計人員有了新的選擇來實現(xiàn)以前由微控制器完成的功能。

　　本白皮書討論什么時候適合采用CPLD來替代微控制器，什么時候可以采用CPLD作為微控制器的輔助器件。根據(jù)其功能和復(fù)雜程度，本白皮書中的例子可以分成三類。第一類是I/O管理，主要針對引腳級應(yīng)用。第二類是端口管理，重點是器件之間的各種接口。第三類是系統(tǒng)管理，面向使用引腳或者端口來控制系統(tǒng)級功能的應(yīng)用。

　　第一次接觸可編程邏輯的設(shè)計人員會發(fā)現(xiàn)CPLD設(shè)計在很多方面和傳統(tǒng)的微控制器設(shè)計類似。下面簡單說明CPLD設(shè)計流程：

　　1 利用軟件開發(fā)工具，采用Verilog或者VHDL等高級語言編寫設(shè)計。

　　2 對設(shè)計進行仿真，以驗證功能是否正確。

　　3 驗證是否滿足資源占用和時序通路等物理要求，將設(shè)計“適配”到CPLD中。

　　4 對設(shè)計進行仿真，以驗證時序是否正確。

　　5 設(shè)計被編程至物理器件中。

　　一個主要不同是復(fù)雜的在電路仿真器功能，以驗證微控制器。然而，一旦理解了可編程技術(shù)的細微差別后，微控制器設(shè)計人員便能夠很好地進行CPLD設(shè)計。

　　CPLD替代微控制器的實例

　　以下部分介紹了CPLD能夠有效替代微控制器的某些應(yīng)用。

　　I/O管理

　　當考慮是使用CPLD還是微控制器來進行I/O管理時，所需要的I/O數(shù)量和類型是兩個關(guān)鍵因素。微控制器的好處是體積小而且價格低，當然還有大量的小型低成本微控制器供設(shè)計人員選擇。然而，如果某一應(yīng)用需要大量的通用I/O，那么CPLD在成本上通常可以和微控制器相競爭。小型低成本微控制器一般受限于串口，它最多有幾個通用I/O引腳。

　　設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)，I/O數(shù)量較多的微控制器體積也不小，而且價格也昂貴。而另一方面，CPLD趨于有較多的I/O；小外形封裝CPLD有50多個I/O是比較常見的。例如，5mm x 5mm封裝的Altera? MAX? IIZ EPM240Z CPLD有80個I/O。除了I/O數(shù)量優(yōu)勢以外，一般情況下，CPLD要比微控制器更加靈活。除了某些例外，大部分CPLD I/O都能夠用于任意目的。

　　可編程電平轉(zhuǎn)換

　　很多產(chǎn)品都需要使用電壓不同的各種邏輯器件。為支持多電壓應(yīng)用，設(shè)計人員要經(jīng)常連接不同電平的器件。而采用微控制器幾乎不可能實現(xiàn)這一切，因為微控制器的I/O資源數(shù)量有限，一般采用一個電壓源工作。而CPLD有大量的I/O，并分成多個塊。相應(yīng)的為每個I/O塊分配一個電壓源。因此，開發(fā)電平轉(zhuǎn)換器只需要將一個塊中一種電壓的所有I/O分在一起，將相關(guān)的電壓參考連接到這些I/O所需的電源上(圖1)。使用CPLD不但能夠很好地完成電平轉(zhuǎn)換，它更大的優(yōu)勢在于和電平轉(zhuǎn)換相結(jié)合的可編程功能。例如，如果某一應(yīng)用需要LCD顯示器，但主處理器并不支持這種顯示器，而且電平不同，那么可以采用CPLD來實現(xiàn)主處理器和LCD顯示器之間的電平轉(zhuǎn)換時序控制功能。

圖1. 使用MAX IIZ CPLD來進行電平轉(zhuǎn)換