單片機與fpga通信

1、MCS-51 MCS-51 單片機與 單片機與 FPGA FPGA 接口邏輯設計的 接口邏輯設計的 VHDL VHDL 實現(xiàn) 實現(xiàn)付揚 付揚(遼寧石油化工大學信息工程學院撫順， 遼寧石油化工大學信息工程學院撫順，113001) 113001)摘 要：本文闡述了單片機和現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA 各自的特點，指出在 波形發(fā)生器設計中兩者相結合設計的優(yōu)勢和在設計中所遇到的接口邏輯設計這 個難點，詳細給出了接口邏輯設計的 VHDL 程序。通

2、過該接口程序設計，實現(xiàn)了 單片機技術和 EDA 技術相結合，從而實現(xiàn)了所要求波形發(fā)生器的設計。關鍵詞 關鍵詞：單片機 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)PLD(可編程邏輯器件)0 引言 引言可編程邏輯器件(PLD)及 EDA 技術的應用成為電子系統(tǒng)設計的潮流。FPGA 是 一種新興的可編程邏輯器件(PLD)，與其它 PLD 相比，具有更高的密度、更快的 工作速度和更大的編程靈活性。單片機以其體積小、功能齊全、價格低廉、可靠性高等方面所具有

3、的獨特 優(yōu)點，長期以來被廣泛的應用在各領域。基于 FPGA 的高密度、高速度、現(xiàn)場可編程的能力和單片機強大的數(shù)據(jù)處理 功能，制作了波形發(fā)生系統(tǒng)，用于產生各種頻率的正弦波、方波和三角波，其 幅值 0～5V 可調，頻率步進達到 1Hz 以下，頻率范圍 1Hz～100kHz。該波形發(fā)生器以單片機(MCS8031)為中心控制系統(tǒng)，F(xiàn)PGA 片內實現(xiàn) DDS 技 術，在此 DDS 技術中，采用 6 級 BCD 比例乘法器級聯(lián)。首先由單片機將

4、E2PROM28c64 中存入波形數(shù)據(jù)。FPGA 在單片機的控制下，利用較高的時鐘頻率 (16M)生成用戶要求的頻率的 128 倍頻，并以此頻率在 E2PROM28c64 取波形數(shù) 據(jù)，將其發(fā)送給 D/A 轉換器，并通過濾波器輸出。同時單片機實現(xiàn)對輸出電壓 的控制。本設計中，F(xiàn)PGA 選用 Altera 公司的 FLEX10K，晶振頻率可達 40MHz。使用 MAX+PLUSⅡ開發(fā)系統(tǒng)支持。FLEX10K 系列是 FLEX 系列當中非

5、常有代表性的 FPGA 器件系列，每個 FLEX10K 器件包含一個嵌入式陣列和一個邏輯陣列。嵌入式陣 列用來實現(xiàn)各種存儲器及復雜的邏輯功能。邏輯陣列用來實現(xiàn)普通邏輯功能。 嵌入式陣列和邏輯陣列結合而成的嵌入式門陣列具有高性能、高密度、靈活的 互連方式、支持多電壓 I/O 接口、多種配置方式以及低功耗等特性。在此設計中，我們感到，單片機和 FPGA 完成各自功能設計較容易實現(xiàn)，關 鍵的難點是兩者的接口設計。經(jīng)過不斷的摸索，我們終于以

6、VHDL 語言實現(xiàn)了接 口程序設計，從而圓滿實現(xiàn)了整個波形發(fā)生器的設計。 1 單片機與 單片機與 FPGA FPGA 接口邏輯設計的 接口邏輯設計的 VHDL VHDL 實現(xiàn) 實現(xiàn)在設計中，單片機與 FPGA 接口采用總線方式。單片機以總線方式與 FPGA 進行數(shù)據(jù)與控制信息通信有許多優(yōu)點。如速度快，其通信工作時序是純硬件行 為；節(jié)省 PLD 芯片的 I/O 口線；相對于非總線方式，單片機編程簡捷，控制可 靠；在 FPGA 中通過邏輯切