基于CPLD与单片机的双向通信控制器设计

在传统的控制系统中，人们常常采用单片机作为控制核心。但这种方法硬件连线复杂，可靠性差，且单片机的端口数目、内部定时器和中断源的个数都有限，在实际应用中往往需要外加扩展芯片。这无疑对系统的设计带来诸多不便。

现在有很多系统采用可编程逻辑器件CPLD作为控制核心。它与传统设计相比较，不仅简化了接口和控制，提高了系统的整体性能及工作可靠性，也为系统集成创造了条件。但可编程逻辑器件的D触发器资源非常有限，而且可编程逻辑器件在控制时序方面不如单片机那样方便，很多不熟悉的应用者往往感到应用起来非常的困难。利用可编程逻辑器件和单片机构成的双向通信控制器克服了两者的缺点，且把二者的长处最大限度地发挥出来。

1 CPLD与单片机AT89C51双向串行通信原理

1.1 单片机到可编程逻辑器件的串行通信

单片机到CPLD的串行通信接口电路是利用VHDL语言在CPLD中设计一个串行输入并行输出的八位移位寄存器，其端口与单片机的P1.4～P1.7相连，如图1所示。CS为单片机选信号，当其为低时使能八位寄存器；当DCLOCK信号的上升沿到达clk端口时，八位移位寄存器就会将单片机输出到cxin的一位数据移入；当单片机A寄存器中的八位数据欲传送给CPLD时，就在P1.6连续产生八次上升沿，单片机便顺次地将A中的数据移到cxin，八次后A中的数据段就会出现在CPLD的cxout中。

其VHDL源程序如下：

　entity cuanxing is
　　port （clk，cxin，cs:in std_logic;
　　cxout:out std_logic_vector（7 downto 0））;
　　end;
　　architecture rtl of cuanxing is
　　signal shift:std_logic_vector（7 downto 0） ;八位暂存变量并行输出
　　begin
　　process（clk）
　　begin
　　if（cs=‘0’）then
　　shift =（others=>‘0’）;若未被选中，输出全零
　　elsif（clk‘event and clk=’1‘）then ;若上升沿到达clk时，被选中。
　　shift（7 downto 1）=shift（6 downto 0） ;八位数据前移一位
　　shift（0）=cxin；最低位由cxin输入
　　end if;
　　end process;
　　cxout=shift;将八位变量送至端口
　　end rtl；
　　与之相对应的单片机控制子程序如下（待发数据存放在A中）：
　　CS EQU P1.4
　　EN EQU P1.5
　　DCLOCK EQU P1.6
　　DOUT EQU P1.7
　　CONV：PUSH 07H
　　MOV R7，#8 ;将移位个数8存入R7
　　CLR DCLOCK
　　SETB CS ；选中移位寄存器
　　CLR EN
　　CLR C
　　JXL：RLC A ；左移一位，将待发数据送至CY
　　MOV DOUT，C ；送至端口
　　ACALL YS1MS
　　SETB DCLOCK ；给一个上升沿，将数据移入移位寄存器
　　ACALL YS1MS
　　CLR DCLOCK
　　DJNZ R7，JXL ；若未到8次则传送下一位
　　SETB EN ；八位命令字全部移入，给EN一个上升沿，使CPLD执行相应操作
　　ACALL YS1MS
　　POP 07H
　　RET