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电子设计领域的单片机/CPLD自动化控制

2018年05月13日 11:49 次阅读

自20世纪80年代单片机引入我国以来,学习和应用单片机的热潮始终不减,特别是MCS51系列。这是由单片机的特点决定的。实际上,从单片机/CPLD应用通用数字集成电路系统,到广泛应用单片机,是我国电子设计在智能化应用水平上质的飞跃。据统计分析,单片机的销量单片机/CPLD到目前为止依然逐年递增,而且在很长一段的时间内,单片机依然会是电子设计的主角(虽然这一地址已经受到了CPLD的挑战)。

1 纯单片机系统优缺点

①大量单片机/CPLD的外围芯片和接口电路使得单片机应用系统的设计变得简单而且快捷,新型单片机的上市和高级语言的支持(如C51)进一步延长了单片机的寿命。

②长期稳定的发展和使单片机性价比非常高,而且单片机/CPLD积累了大量的资料并拥有了大量的工程技术为员。这一点是CPLD目前难以达到的。

但是,单片机的缺点也有目共睹:

①低速。即使是高速度单片机也只能工作在μs级,这是由单片机串行工作的特点所决定的。

②低可靠性。虽然单片机/CPLD目前有很多器件与设计在一定程序上解决了部分问题,如看门狗的广泛应用,但在某些情况下瞬间的复位也会造成严重后果。

2 纯CPLD设计的优缺点

即使单纯单片机/CPLD的单片机结构能完成的功能,在某些情况下也宁可使用纯数字电路完成。而当前开始流行的CPLD,则不但克服了单片机的缺点,而且由于可采用VHDL语言编程,进一步单片机/CPLD打破了软硬件工程师的界限,加速了产品的开发过程,使纯数字电路的设计变得简单。人们甚至在讨论用C作为下一代硬件描述语言。

难怪有专家指出,电子设计的单片机时代即将过去,而以PLD为核心的EDA(电子设计自动化)将是单片机/CPLD未来设计的方向。由于超大规模集成电路技术的发展,单片PLD芯片上已经可以集成上百万门,就系统规模而言,将单片机设计在内也没什么问题。美国的可编程器件厂商已经以软核和硬核嵌入两种形式(将单片机电路嵌入PLD)为设计人员提供帮助。PLD器件取代单片机是早晚的事。但是,在我国当前的普遍应用中,单纯依靠PLD器件还有点早,原因如下:

①由于历史单片机/CPLD的原因,我国的电子设计人员大部分应用的是MCS51系列单片机,还没听说哪家公司提供软核或硬核集成。而让这么多人改学其它系列单片机还需要一段时间,而且原有的程序更使人不愿改动。

②单片机价格低廉,而PLD如果增加单片机内核的话,至少在目前形势下价格会比较昂贵。

所以,由于单片机和PLD的互补性,利用单片机加PLD的结构至少在近期内将一种较好的选择。下面通过作者设计的实例,介绍MCS51+EMP703S结构体系的特点及注意事项。

3 单片机+CPLD结构体系设计实例

本设计用于单片机/CPLD自动化控制,设计要求如图1所示。

电子设计领域的单片机/CPLD自动化控制

对于一个熟悉单片机系统设计的工程师而言,上述设计不会有技术上的困难,问题在于:

①要用两个全双工串口;

②要求比较多的输入输出口。如果用传统设计方法,势必要用比较多的芯片,电路板的设计也较麻烦,一旦设计有误,必须重新设计整个电路板,费时、费力、费钱。而采用MCS51+EMP7032S设计后,基本上做到了模块化设计,电路的修改只是编程而已。从开始设计到定型所用的时间,基本上就是制作电路板的时间。由于设计了输出信号锁存,完全避免了单片机程序跑飞和看门狗复位所引起的输出的跳变,这时设备完全至关重要。图2是设计原理电路图。

电子设计领域的单片机/CPLD自动化控制

从设计的原理图可以看出,主要部分单片机/CPLD只需要两片集成电路:单片机AT89C51和CPLD——EPM7032S,并且电路板采用模块化设计,预留了扩展接口,只需要配上不同的处理模块,就可以实现数据采集、键盘扫描、显示驱动和继电器控制等许多功能。单片机和EPM7032S之间采用了类似SPI接口的通信方法。如图2所示。采用这种方法,既实现了单片机和CPLD之间的通信,又具有灵活性,并且节约了大量的端口资源。

EPM7032S有36个I/O口,除去用于和单片机通信的7个端口,还有29个端口可以使用。可满足大部分对于端口扩展设计的需求。图3是为EPM7032编写的测试程序的波形仿真图。

电子设计领域的单片机/CPLD自动化控制

图3中:CLK为同步时钟;SEND为数据接收;END为SEND信号的控制端;S为位选端,用业控制串行通信端口选择;RXD、TDX为单片机和EPM7032之间的串行通信端口;RXD1、TXD1、RXD2、TDX2为串行通信扩展口。这种方案,已经过多次检验,对于节省PCB板的面积和布线难度、提高设计可靠性和提高设计效率都非常有帮助。

单片机程序

sdosend:

setb clk

setb end

mov r7,#06h

ssend:

rrc a

mov send,c

nop

nop

clr clk

nop

nop

setb clk

djnz r7,ssend

nop

nop

clr end

nop

nop

setb end

ret

VHDL 语言程序

Library ieee;

Use ieee.STd_logIC_1164.all;

EnTIty pldse1 is

Port

so,clk,send :in std_logic

);

end pldse1;

architecture io1 of pldse 1 is

begin

process(cs)

begin

if(cs=‘0’)then

casep qout is

when “000000”=》

when “000001”=》

when “000010”=》

··················

when “000100”=》

when “000101”=》

when others=》null;

end case;

else null;

end if;

end procESS;

process(clk)

begin

if(clk‘event and clk=’0‘)then

qout《=data &qout(5 downto 1)

else null;

end if;

end process;

end io 1;

通过程序单片机/CPLD可以看出,利用CLK和SEND线发送控制信号;利用END作为结束位,无论什么情况,如果没有结束位的下降沿脉冲,PLD的输出端口不会改变,这样可确保输出信号的稳定。这种输出锁存使单片机在死机复位时依然不影响继电器原输出。PLD在接收到单片机的控制信号后首先暂存,直到收到END的下降沿脉冲时再把数据输出,作出相应的置高低电平的动作。

由上述设计可以看出,单片机和PLD在使用上有很强的互补性:在逻辑运算、智能控制方面,单片机具有不可替代的优越性;而在高速稳定等方面,PLD无疑是首选。因此,在目前的电子设计中,充分利用单片机+PLD结构将起到事半功倍的效果。

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发表于 2018-04-18 11:12 190次阅读
基于555定时器和单片机的RC测量系统设计

如何弄懂单片机时序_关于单片机时序分析

单片机时序是指单片机执行指令时应发出的控制信号的时间序列。这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU的...

发表于 2018-04-18 11:01 713次阅读
如何弄懂单片机时序_关于单片机时序分析

一文看懂fpga和单片机的区别

本文首先介绍了fpga的工作原理及特点,其次介绍了单片机的工作原理及特点,最后阐述了fpga和单片机...

发表于 2018-04-18 09:51 1159次阅读
一文看懂fpga和单片机的区别

单片机烧写器是什么 烧写器怎么用

烧写器也叫烧录器、编程器。在台湾,烧写器也叫烧录器;在大陆,客户之所以叫它为“编程器”,是因为现在英...

发表于 2018-04-17 14:05 238次阅读
单片机烧写器是什么 烧写器怎么用

EMC单片机实现多次烧录解决方案

一般来说,EMC的OTP类型芯片是只能进行一次烧录的。但是如果在第一次烧录时,某一位为被烧为“1”,...

发表于 2018-04-17 13:56 156次阅读
EMC单片机实现多次烧录解决方案

单片机学习很难而且总是入坑?看看这些经验会对你有...

首先,你必须有学习单片机的热情,不是说今天去图书馆看了一个下午关于单片机的书,而明天玩上半天,后天就...

发表于 2018-04-17 12:23 160次阅读
单片机学习很难而且总是入坑?看看这些经验会对你有...

深度了解ARM架构基础知识

就Cortex-M3来说,拥有R0-R15的寄存器组。其中R13作为堆栈指针SP。SP有两个,分别为...

发表于 2018-04-17 10:40 368次阅读
深度了解ARM架构基础知识

你想玩转RT-Thread之SPI设备吗?

本应用笔记以驱动SPI接口的OLED显示屏为例,说明了如何添加SPI设备驱动框架及底层硬件驱动,使用...

发表于 2018-04-17 10:20 425次阅读
你想玩转RT-Thread之SPI设备吗?

电风扇简易定时控制器的制作方法

开始通过手动键给单片机供电。直到电源指示灯LED4亮.单片机运行,继电器2工作给单片机供电。通过按键...

发表于 2018-04-16 17:10 494次阅读
电风扇简易定时控制器的制作方法

基于单片机AT89S51的数字电压表设计实现

由于单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点,已经在各个技术领域得到了迅猛发展...

发表于 2018-04-16 11:44 246次阅读
基于单片机AT89S51的数字电压表设计实现

PLC控制与单片机控制有什么不同

PLC其实就是一套已经做好的单片机(单片机范围很广的喔)系统. PLC的梯形图你可以理解成是与汇编等...

发表于 2018-04-16 09:56 406次阅读
PLC控制与单片机控制有什么不同

什么是单片机仿真器_单片机仿真器有什么用_单片机...

本文首先介绍了单片机仿真器的原理及作用,其次介绍了单片机仿真器到底有什么用及功能特性,最后阐述了单片...

发表于 2018-04-16 09:49 330次阅读
什么是单片机仿真器_单片机仿真器有什么用_单片机...

一文看懂嵌入式单片机程序架构之顺序结构

时间片轮询法,在很多书籍中有提到,而且有很多时候都是与操作系统一起出现,也就是说很多时候是操作系统中...

发表于 2018-04-15 11:39 543次阅读
一文看懂嵌入式单片机程序架构之顺序结构

什么是单片机烧写软件?如何烧写

什么是单片机烧写软件? 什么是单片机烧写软件? 简单点说,就是把你写好代码(C或者是汇编)专程的机器...

发表于 2018-04-14 11:04 266次阅读
什么是单片机烧写软件?如何烧写

单片机早已融入人类的生活_最常用的单片机厂家有这...

目前,单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用。彩电,冰箱,空调,录像机,VCD,遥 控器,游戏机...

发表于 2018-04-14 07:51 227次阅读
单片机早已融入人类的生活_最常用的单片机厂家有这...

单片机仿真器的工作原理解析

单片机仿真器是指以调试单片机软件为目的而专门设计制作的一套专用的硬件装置。

发表于 2018-04-13 17:28 1004次阅读
单片机仿真器的工作原理解析

AD9850与单片机接口电路的正弦信号发生器设计

随着数字大规模集成电路技术的发展,采用数字电路的直接数字频率合成技术(DDS)具有频率转换速度快。频...

发表于 2018-04-13 17:18 164次阅读
AD9850与单片机接口电路的正弦信号发生器设计

7个基于STM32单片机的精彩设计实例

STM32是ST公司推出的基于ARM-Cortex-M3内核的32位单片机。

发表于 2018-04-13 17:11 455次阅读
7个基于STM32单片机的精彩设计实例

仿真器的作用是什么_为什么要用单片机仿真器

仿真器(emulator)以某一系统复现另一系统的功能。与计算机模拟系统(Computer Simu...

发表于 2018-04-13 16:31 1024次阅读
仿真器的作用是什么_为什么要用单片机仿真器

基于单片机仿真器的设计详解

仿真器(emulator)以某一系统复现另一系统的功能。与计算机模拟系统(Computer Simu...

发表于 2018-04-13 16:16 91次阅读
基于单片机仿真器的设计详解

单片机程控滤波器设计详解

本文主要阐述了单片机程控滤波器设计,分别从设计要求、设计方案、硬件设计以及软件设计这几个方面详细介绍...

发表于 2018-04-13 11:06 355次阅读
单片机程控滤波器设计详解

关于单片机stc15芯片学习的串口通信测试问题

STC单片机从12系列后就支持IO的工作模式的设置了,有兼容传统51的双向IO,强上拉推挽输出,输入...

发表于 2018-04-13 09:48 166次阅读
关于单片机stc15芯片学习的串口通信测试问题

51单片机的串口通信协议的6个特征

其中D0-D7是一个字节的8个位。9位模式只是多了一个位TB8,这个TB8的作用是奇偶校验或多机通信...

发表于 2018-04-13 09:17 468次阅读
51单片机的串口通信协议的6个特征

单片机5V转3.3V电平的19种方法技巧!

LDO的静态电流IQ是器件空载工作时器件的接地电流 IGND。 IGND 是 LDO 用来进行稳压的...

发表于 2018-04-13 09:12 626次阅读
单片机5V转3.3V电平的19种方法技巧!

不同单片机之间的通信方式

电子技术的飞速发展,单片机也步如一个新的时代,越来越多的功能各异的单片机为我们的设计提供了许多新的方...

发表于 2018-04-12 17:48 452次阅读
不同单片机之间的通信方式

基于低功耗单片机MSP430来控制LED灯光的强...

控制系统硬件组成以MSP430为核心控制器,辅以外围电路如AD/DA 数据采集处理系统模块、热释电...

发表于 2018-04-12 15:31 1010次阅读
基于低功耗单片机MSP430来控制LED灯光的强...

单片机芯片74HC595的引脚图详解

在我看来,74HC595的移位寄存器工作方式就像shou%20%20qiang弹夹。但是子弹的发射(...

发表于 2018-04-12 15:27 676次阅读
单片机芯片74HC595的引脚图详解

单片机串行口介绍,8051单片机的通信方式

51单片机一个可编程的全双工串行通信接口。可用作异步通信方式(UART),与串行传送信息的外部设备相...

发表于 2018-04-12 14:22 562次阅读
单片机串行口介绍,8051单片机的通信方式

你不知道的单片机编程器分类

兼容microChip的PICKIT2,是一款低成本开发工具,带有易于使用的用户界面,用于为微芯闪存...

发表于 2018-04-12 11:10 185次阅读
你不知道的单片机编程器分类

单片机通信uart和modbus有什么区别

单片机通信uart和modbus有什么区别,modbus是一个应用层的协议,他是构建在串口,网线等底...

发表于 2018-04-11 17:02 643次阅读
单片机通信uart和modbus有什么区别

单片机之间UART通信示意图分享

本文首先介绍了关于单片机串口通信的几种方式,其次介绍了两个单片机之间UART串口通信,最后阐述了单片...

发表于 2018-04-11 16:04 599次阅读
单片机之间UART通信示意图分享

单片机学习心得体会_经验总结

本文首先介绍了单片机的工作原理,其次阐述了学习单片机涉及到的内容,最后介绍了学习单片机的心得体会以及...

发表于 2018-04-11 14:23 1318次阅读
单片机学习心得体会_经验总结