单片机与FPGA通信.docx

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付扬
(辽宁石油化工大学信息工程学院抚顺,113001)
摘 要:本文阐述了单片机和现场可编程门阵列FPGA各自的特点,指出在波形发生器设计中两者相结合设计的优势和在设计中所遇到的接口规律设计这个难点,具体给出了接口规律设计的VHDL程序。通过该接口程序设计,实现了单片机技术和EDA技术相结合,从而实现了所要求波形发生器的设计。
关键词:单片机FPGA(现场可编程门阵列)PLD(可编程规律器件)
引言
可编程规律器件(PLD)及EDA技术的应用成为电子系统设计的潮流。FPGA是一种兴的可编程规律器件(PLD),与其它PLD相比,具有更高的密度、更快的工作速度和更大的编程敏捷性。
优点,长期以来被广泛的应用在各领域。
基于FPGA的高密度、高速度、现场可编程的力量和单片机强大的数据处理功能,制作了波形发生系统,用于产生各种频率的正弦波、方波和三角波,其幅值0~5V可调,频率步进到达1Hz以下,频率范围1Hz~100kHz。
该波形发生器以单片机(MCS8031)为中心掌握系统,FPG***内实现DDS技
术,在此DDS技术中,承受6级BCD比例乘法器级联。首先由单片机将EPROM28c64
2
中存入波形数据。FPGA在单片机的掌握下,利用较高的时钟频率(16M)生成用户
要求的频率的128倍频,并以此频率在EPROM28c64取波形数据,将其发送给
2
D/A转换器,并通过滤波器输出。同时单片机实现对输出电压的掌握。
本设计中,FPGA选用Altera公司的FLEX10K,晶振频率可达40MHz。使用MAX+PLUSⅡ开发系统支持。FLEX10K系列是FLEX系列当中格外有代表性的FPGA器件系列,每个FLEX10K器件包含一个嵌入式阵列和一个规律阵列。嵌入式阵列用来实现各种存储器及简单的规律功能。规律阵列用来实现一般规律功能。嵌入式阵列和规律阵列结合而成的嵌入式门阵列具有高性能、高密度、敏捷的互连方式、支持多电压I/O接口、多种配置方式以及低功耗等特性。
在此设计中,我们感到,单片机和FPGA完成各自功能设计较简洁实现,关键的难点是两者的接口设计。经过不断的摸索,我们最终以VHDL语言实现了接口程序设计,从而圆满实现了整个波形发生器的设计。
单片机与FPGA接口规律设计的VHDL实现
在设计中,单片机与FPGA接口承受总线方式。单片机以总线方式与FPGA进展数据与掌握信息通信有很多优点。如速度快,其通信工作时序是纯硬件行为;节约PLD芯片的I/O口线;相对于非总线方式,单片机编程简捷,掌握牢靠;在FPGA中通过规律切换,单片机易于与SRAM或ROM接口等。
单片机与FPGA通信接口程序(名为MCS51)通过编译后,生成的规律符号如图1所示。
其各引脚功能为:
P26:输入信号,作为FPGA的片选端,低电平有效,高电寻常保持现有状态,;WR:输入信号,为FPGA的写信号,与单片机的写端口相连,当P26为低电寻常,单片机可向FPGA写数据,以到达传送命令以及数据的目的;ALE:输入信号,与单片机的ALE信号相连,用于FPG***内锁存地址,协作WR信号进展单片机与FPGA的通信;P0[7..0]:输入信号,共8条数据线,为单片机PO口的接口,用于地址和数据的传送;SEL:输出信号,用于掌握波形的外形,共有三种波形(正弦波、方波、三角波);Q0[3..0]~Q5[3..0]:输出信号,用于6级级联乘法器的置数输入;ST:输出信号,为级联乘法器的片选端,低电平有效。
FPG***内实现存放器,可对单片机传输的数据和命令进展存放,具体如
下:
入口地址:FFH命令字:FFH(ST有效),OOH(ST无效)。入口地址:OOH命令字:EOH(显示正弦波,sel为00)E1H(显示方波,sel为01)E2H(显示三角波,sel为10)
数据存放器:
入口地址:01H,02H,03H分别存储单片机传送的6位10进制数。这些数据是用户要求的频率数通过单片机乘8处理后传送过来的,为乘法器供给频率数据。
MCS51源程序
2。由仿真结
果可以看出设计的正确性。将此设计下载到FLFX10K器件,并连接单片机及外围电路,成功的实现了整个波形发生器系统设计。
完毕语
的互补性。单片机具有性能价格比高、功能敏捷、易于人机对话、良好的数据处理力量特点;FPGA则具有高速、高牢靠以及开发便捷、标准等优点。以此两类器件相结合的电路构造应在很多高性能仪器仪表和电子产品中将被广泛应用。
参考文献
徐志军,:电子工业出版社,2023
李景华,:东北大学出版社,2023
-:北京航天航空大学出版社,1993
自动化与仪器仪表