一種利用cpld實現(xiàn)端口擴展的單片機控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種單片機控制模塊，具體是一種利用CPLD芯片實現(xiàn)控制系統(tǒng)端口擴展的單片機控制模塊，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]單片機控制系統(tǒng)在智能控制電路設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，在我國單片機可說是電子設(shè)計的主角，單片機控制系統(tǒng)具有設(shè)計簡單，控制靈活，設(shè)計開發(fā)語言(C語言)普及等諸多優(yōu)點，但是單片機控制系統(tǒng)也存在顯見的缺點:(I)工作速度低，通常只能工作在μ S級；
[2]此外工作可靠性低，某些情況下瞬間的復(fù)位也會造成嚴(yán)重后果，因此單片機控制系統(tǒng)需要使用大量的數(shù)字電路與之配合完成某些功能；(3)在設(shè)計較復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域，特別突出的問題是:單片機輸入輸出端口數(shù)量有限，因此為了進(jìn)行系統(tǒng)擴展必須使用大量的數(shù)字芯片作為端口擴展器件，例如在LED顯示屏驅(qū)動電路的設(shè)計中這種情況表現(xiàn)得尤為突出。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的是:怎樣提供一種工作速度，工作穩(wěn)定性較純單片機控制系統(tǒng)優(yōu)異，并且能夠?qū)崿F(xiàn)端口擴展的單片機控制模塊。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下的技術(shù)方案。
[0005]一種利用CPLD實現(xiàn)端口擴展的單片機控制系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機和CPLD芯片，所述單片機通過SPI串行通信接口與CPLD芯片實現(xiàn)電連接:單片機的第一輸入輸出口與CPLD芯片的第一輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入線SDI ;單片機的第二輸入輸出口與CPLD芯片的第二輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出線SDO ；單片機的第三輸入輸出口與CPLD芯片的第三輸入輸出口相連接，連接線記為時鐘信號線SCLK ;單片機的第四輸入輸出口與CPLD芯片的第四輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備使能信號線CS。
[0006]進(jìn)一步的，所述單片機通過串口與計算機相連接。
[0007]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0008]本實用新型中，單片機和CPLD芯片之間采用SPI串行通信接口進(jìn)行電連接，這既實現(xiàn)了單片機和CPLD之間的通信，又實現(xiàn)了較高的設(shè)計靈活性:一方面，CPLD芯片具有大量的輸入輸出口資源，通常具有至少36個輸入輸出口，由于單片機和CPLD之間為SPI串行通信連接，因此單片機能通過SPI串行數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)對CPLD的輸入輸出端口的擴展利用；另一方面，CPLD屬于一種集成度非常高的數(shù)字芯片，其可實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字電路設(shè)計，因此單片機控制系統(tǒng)設(shè)計中原本需要單獨的中規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn)的功能便可使用CPLD實現(xiàn)，這使得整個單片機控制系統(tǒng)的工作速度和工作可靠性都得到了提升。因此相比純粹的以單片機為唯一控制核心的控制模塊相比，本實用新型具有工作速度快，工作穩(wěn)定性高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)端口擴展的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0011]通常的單片機控制系統(tǒng)的核心部分是以單片機芯片的最小系統(tǒng)，也即是包括單片機、時鐘電路和復(fù)位電路三部分，單片機通常具有16個輸入輸出端口管腳，在硬件設(shè)計上通常最小系統(tǒng)會與大量數(shù)字芯片相配合實現(xiàn)各種功能，如【背景技術(shù)】所分析這種硬件構(gòu)架往往存在速度低，穩(wěn)定性差，并且使用大量數(shù)字芯片用于擴展單片機端口或者實現(xiàn)其他功能，因此PCB板的面積和布線難度都會增大，并且設(shè)計可靠性和設(shè)計效率都會受到限制。
[0012]如圖1所示，本實用新型一種利用CPLD實現(xiàn)端口擴展的單片機控制系統(tǒng)則采用如下硬件構(gòu)架:
[0013]控制系統(tǒng)包括單片機和CPLD芯片。單片機通過SPI串行通信接口與CPLD芯片實現(xiàn)電連接，實現(xiàn)上述通信連接的基礎(chǔ)是:單片機作為一種智能控制芯片可以模擬SPI控制時序，今而實現(xiàn)單片機SPI總線向CPLD芯片發(fā)送數(shù)據(jù)和命令來控制CPLD內(nèi)部數(shù)字邏輯單
J L.ο
[0014]具體電路連接關(guān)系是:單片機的第一輸入輸出口與CPLD芯片的第一輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入線SDI ;單片機的第二輸入輸出口與CPLD芯片的第二輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出線SDO ;單片機的第三輸入輸出口與CPLD芯片的第三輸入輸出口相連接，連接線記為時鐘信號線SCLK ;單片機的第四輸入輸出口與CPLD芯片的第四輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備使能信號線CS。
[0015]總之單片機的四個輸入輸出口與CPLD芯片的四個輸入輸出口分別對應(yīng)相連接，由單片機產(chǎn)生SPI工作時序?qū)崿F(xiàn)單片機與CPLD芯片之間的SPI通信接口，從而完成兩者之間數(shù)據(jù)的傳輸。
[0016]具體的單片機可選用MCS51系列，CPLD芯片可采用EPM7032S型CPLD芯片實現(xiàn)。
[0017]本實用新型的工作原理是:單片機產(chǎn)生SPI工作時序?qū)崿F(xiàn)單片機與CPLD芯片之間的SPI通信接口，這種通信方式至少具有根4線(只需要單向通信時3根線也可實現(xiàn))，具體的分別是:1、從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入線SDI，也是主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出線；2、從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出線SDO，也是主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入線；3、時鐘信號線SCLK，時鐘信號由主設(shè)備產(chǎn)生；4、從設(shè)備使能信號線CS。
[0018]主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，在主設(shè)備的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，地位在后，為全雙工通信，簡單高效。
[0019]在本實用新型中單片機為主設(shè)備，CPLD為從設(shè)備，CPLD在接收到單片機的數(shù)據(jù)后可以首先暫存，然后用于CPLD內(nèi)部數(shù)字邏輯單元的控制或者數(shù)據(jù)輸入。一方面，EPM7032S芯片有36個I/O 口，除去用于和單片機通信的4個端口，還有32個端口可以使用，這足可滿足大部分對于端口擴展設(shè)計的需求；另一方面CPLD為大規(guī)模可編程數(shù)字集成電路，內(nèi)部具有大量數(shù)字邏輯單元，通過硬件描述語言或者原理圖調(diào)用設(shè)計均可實現(xiàn)復(fù)雜穩(wěn)定的數(shù)字邏輯，從而為整個系統(tǒng)提供高速、穩(wěn)定的硬件基礎(chǔ)。
[0020]此外，關(guān)于工作時鐘可采用如下方案解決:利用外部時鐘電路為CPLD芯片提供工作時鐘，CPLD芯片內(nèi)部工作時鐘信號經(jīng)過CPLD內(nèi)部分頻模塊分頻后提供給單片機作為工作時鐘使用，這樣就可以進(jìn)一步簡化電路設(shè)計。
[0021]單片機還通過其串口實現(xiàn)與計算機的通信，這樣CPLD —些處理結(jié)果可通過從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出線SDO輸入單片機，單片機通過串口傳送至計算機，這可滿足些數(shù)據(jù)測量領(lǐng)域的應(yīng)用中對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行顯示分析的需求。
[0022]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種利用CPLD實現(xiàn)端口擴展的單片機控制系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機和CPLD芯片，所述單片機通過SPI串行通信接口與CPLD芯片實現(xiàn)電連接:單片機的第一輸入輸出口與CPLD芯片的第一輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入線SDI ;單片機的第二輸入輸出口與CPLD芯片的第二輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出線SDO ；單片機的第三輸入輸出口與CPLD芯片的第三輸入輸出口相連接，連接線記為時鐘信號線SCLK ;單片機的第四輸入輸出口與CPLD芯片的第四輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備使能信號線CS。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用CPLD實現(xiàn)端口擴展的單片機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機通過串口與計算機相連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用CPLD實現(xiàn)端口擴展的單片機控制系統(tǒng)，包括單片機和CPLD芯片，單片機通過SPI串行通信接口與CPLD芯片實現(xiàn)電連接：單片機的第一輸入輸出口與CPLD芯片的第一輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入線SDI；單片機的第二輸入輸出口與CPLD芯片的第二輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出線SDO；單片機的第三輸入輸出口與CPLD芯片的第三輸入輸出口相連接，連接線記為時鐘信號線SCLK；單片機的第四輸入輸出口與CPLD芯片的第四輸入輸出口相連接，連接線記為從設(shè)備使能信號線CS。本實用新型具有工作速度快，工作穩(wěn)定性高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)端口擴展的優(yōu)點。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN204650202
【申請?zhí)枴緾N201520305660
【發(fā)明人】鄭 和, 劉修軍, 況君, 林穩(wěn)章
【申請人】重慶電訊職業(yè)學(xué)院
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月6日