单片机与FPGA接口逻辑设计
采用单片机实现对FPGA的配置
Science &Technology Vision科技视界0引言可编程逻辑器件(PLD)的应用越来越广泛。
基于查找表技术、SRAM 工艺的FPGA 具有密度高且触发器多等特点,多用于复杂的时序逻辑和高速数据处理中。
FPGA 器件由于工艺原因在应用时需要进行数据配置。
配置数据决定了FPGA 内部互连和功能,改变配置数据,也就改变了器件的逻辑功能。
配置数据必须保存在FPGA 器件以外的非易失存储器内,这给实际应用带来了不便[1]。
为了实现在线可重配置(ICR),通常的方法有两种。
一是采用专用的配置芯片(如ALTERA 的EPC1、EPC2等)来存储配置数据。
专用的配置芯片比较昂贵,显著增加了系统成本。
而由于FPGA 器件在数值计算方面明显地劣于微处理器,所以,经常是单片机和FPGA 并行出现在系统中。
应用单片机的剩余程序存储区来存放配置数据,上电后由单片机控制实现对FPGA 器件的数据配置[2]。
本文通过从被动串行(PS)配置时序出发,介绍应用单片机来实现对FPGA 的数据配置方法。
1被动串行配置(PS)及硬件连接FPGA 配置方式主要分为两大类:主动配置和被动配置。
主动配置方式由FPGA 器件引导配置操作过程,它控制着外部存储器和初始化过程;而被动配置方式则由外部计算机或微处理器控制配置过程。
根据数据线的多少又可以将FPGA 器件配置方式分为并行配置和串行配置两大类。
下面介绍用单片机实现的被动串行配置。
几乎所有FPGA 器件都支持被动串行配置。
被动串行配置的时序图如图1所示,在这种配置方式中没有握手信号,配置时钟的工作频率必须在器件允许的范围,最低频率没有限制。
为了开始配置,配置管脚和JTAG 管脚所在的bank 的VCCINT、VCCIO 必需供电。
FPGA 上电后进入复位状态。
nCONFIG 被置为低电平,使FPGA 进入复位状态;nCONFIG 由低到高的电位跳变启动配置过程。
图1FPGA 的被动串行(PS)配置时序图整个配置包括三个阶段:复位、配置和初始化。
基于FPGA单片机外设接口电路优化设计
维普资讯
２基 ｌ ｅａ单片机 外设接 口电路优化设计
Ｏｐｉ ｌ ｓｇ ｆＩ ｔｒａ ｅＣｉｃ ｉ ｏ ＣＵ’ ｅｉｈ ｒ ｌ ｖｃ ｓｄ ｏ Ｐ ｔ ｍａ ｉｎ ｏ ｅ ｆｃ ｒ ｕｔ ｆＭ Ｄｅ ｎ ＳＰ ｒ ｅａ ｐ Ｄｅ ｉ Ｂａ ｅ ｎ Ｆ ＧＡ ｅ
Ｃ Ｅ ｉｕｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｆ ｎ ＷＵ Ｋ ｉｈ Ｈ Ｎ Ｌ－ ａ ， Ｈ Ｎ ａ ， ａ ｚｉ ｊ －
（ 昌 空工业 学院电子 系， 南 航 江西 南昌 ３０６） ３０３
摘要 ： Ｆ Ｇ 将 Ｐ Ａ应用于单 片机 系统可大幅度地提 高 ＭＣ Ｕ外设接 口电路的集成度 ， 减少 系统体 积 ， 高 系统 的可 靠性 。本 提
文分剐介绍 系统各个功能模块 的设计思路及实现 方法 。
关键词 ：Ｐ Ａ； Ｆ Ｇ 单片机 ； 口； 接 优化设计 中囤分类号 ： ６ ． 仍 ８１ 文献标识码 ： Ａ
９ ３
具为硬件描述语言 Ｖ Ｄ ， Ｈ Ｌ 开发平 台为 Ａ Ｔ Ｒ Ｌ Ｅ Ａ公司
的 Ｍ Ｘ＋Ｐ Ｕ Ａ Ｌ ＳＵ。
中设计一个 ８ Ｄ锁存功能模块 ， Ｖ Ｄ 语言描述为： 其 ＨＬ
Ｉ ＯＥ＝ Ｔ Ｎ Ｆ １ ＨＥ
Ｏ 引 言
传统的单片机系统设计 由于必须使用许多常规 控制芯片和专用 Ｉ ｃ来组成单 片机的外 围电路（ 如地 址锁存 ，Ｒ Ｍ， Ｐ Ｏ 端 口的译 码 以及 ＩＯ扩 展 ＳＡ ＥＲ Ｍ ／ 等）这样势必使系统的芯片数增多 ， ， 系统线接复杂， 从而使系统的可靠性和 Ｅ Ｉ Ｍ 性能下 降， 同时使 电路 的设计制造变得复杂。随着电子器件 的不断更新 ， 电 子技术得到了飞速的发展 ， 可编程逻辑器件在结构 、 工艺 、 成度 、 能 、 度和灵 活性等方 面都 有 了很 大 集 功 速 的改进和提高， 从而为高效率、 高质量、 灵活地设计单 片机系 统提供 了可 能 。 由于 ＦＧ 的 Ｌ Ａ结构 以及 ＰＡ Ｃ 它内部丰富的资源。 可以用来设计组合逻辑 、 编码／ 译 码器、 Ｌ 、 Ａ Ｕ 同步 时序逻辑、 移位寄存器及计数器 、 总
FPGA和51单片机通信接口的设计
FPGA和51单片机通信接口的设计作者：刘宇成李金凤来源：《卷宗》2015年第10期摘要：虽然FPGA速度快，但由于FPGA对采集到的数据的处理能力和控制能力比较差，故需要将其采集到的数据送到单片机系统上来实现数据的处理功能，这就使得FPGA系统与单片机系统之间的数据通信提到日程上。
本文给出部分VHDL源程序，并用Quartus II进行仿真。
关键词：FPGA；VHDL；单片机；通信单片机具有性价比高、功能灵活、易于人机对话、良好的数据处理能力的特点；FPGA则具有高速、可靠以及开发便捷等优点。
系统设计中将单片机数据处理的优势与FPGA、执行快速的特点相结合，能够设计出既有强大控制功能又能使各项功能快速执行的系统。
因此，单片机与FPGA之间的通信便显得尤为重要本文介绍利用VHDL语言实现FPGA与单片机的并行通信接口设计。
本文主要由以下三个部分组成：FPGA接收ADC0809数据；FPGA发送数据和单片机接收数据模块，VHDL程序及仿真结果。
本文着重对FPGA数据发送模块实现进行说明，原理图如图1所示：1 FPGA接收ADC0809数据ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。
其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
本系统用ADC0809把传感器采集的模拟信号变成数字信号，然后用FPGA控制数据流进程，并用外围LED电路显示。
FPGA与ADC0809接口电路图如图2所示。
为了实现对ADC0809精确地控制，所以本系统采用FPGA特有的状态机来进行时序上的控制，引脚说明如下：（1）ALE信号（引脚）：高电平时把三个地址信号送入地址锁存器，并经译码器得到地址数据，以选择相应的模拟输入通道。
（2）OE信号（引脚）EN使能信号：电平由低变高时，打开数据输出锁存器，将转换数据送到数据总线上。
基于FPGA与单片机的SPI接口的实现
收稿日期:2009-03-18作者简介:赵新雨,硕士研究生,研究方向为自动化仪表,智能仪器等。
基于FPGA 与单片机的SPI 接口的实现赵新雨,许忠仁,付贵增,朱文伟(辽宁石油化工大学信息工程学院,辽宁抚顺113001)摘要:SPI 接口技术是一种高速高效率的串行接口技术,主要用于扩展外设及其数据交换,已经作为一种配置标准。
该文在QuartusII 开发环境下采用VHDL 语言和在KE I L 开发环境下采用C 语言实现了FPGA 和8051之间的SPI 总线接口通信功能,经过仿真、下载调试,验证了设计方案的可行性及有效性。
关键词:FPGA;单片机;串地外设接口中图分类号:TP368 1 文献标志码:A 文章编号:1000-0682(2010)02-0032-02The design of S P I interface connection based on FPGA andM CUZHAO X i nyu ,XU Zhong ren ,FU G uizeng ,Z HU W en w ei(Colle g e of Info Eng und e r L iaoning P ete roche m ic a l Un i v e rsit y,L i aon i ng F ushun 113001,Ch ina )Abstract :The SPI i n terfacing is a h i g h speed and efficiency serial interface technique ,m ain applica ti o n expand exteri o r dev ice and exchang i n g da ta ,it has been an configurati o n standardsK ey w ords :FPGA;M C U;seria l periphera l i n terface(SPI)0 引言在数字技术高速发展的今天,有许多芯片被用作数据交换的核心器件,以起到承上启下数据交换的枢纽作用。
基于单片机和FPGA的四通道PWM信号发生器接口设计
基于单片机和FPGA的四通道PWM信号发生器接口设计概述：PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种常用的电子信号生成技术，广泛应用于数字电路控制、电机驱动等领域。
本文将介绍基于单片机和FPGA的四通道PWM信号发生器接口设计。
1.系统架构：该系统由单片机和FPGA两部分组成，单片机负责控制FPGA的工作模式和参数设置，FPGA负责生成四个PWM信号。
2.单片机模块设计：单片机采用32位ARM Cortex-M系列处理器，具有丰富的接口资源和高性能计算能力。
在单片机上实现以下模块：-用户界面模块：使用LCD显示屏和按键进行参数设置和显示。
-通信模块：通过串口与PC进行通信，可以接收上位机发送的参数设置指令或者发送当前PWM信号的状态信息。
-控制模块：根据用户的操作指令，控制FPGA生成PWM信号的工作模式和参数设置。
3.FPGA模块设计：FPGA是可编程逻辑器件，可以按照需求配置逻辑电路，可以实现复杂的信号处理和控制功能。
在FPGA上实现以下模块：-PWM生成模块：根据单片机发送的参数，生成四个PWM信号。
可以设置频率、占空比等参数。
-PWM输出模块：将生成的PWM信号输出到外部设备，如电机驱动模块、LED灯等。
4.系统通信协议：为了实现单片机与FPGA之间的通信，需要定义一种通信协议。
可以使用UART串口通信，通信协议可以基于Modbus、RS485等标准协议进行设计。
5.系统工作流程：系统的工作流程如下：-单片机上电初始化，进行参数设置和显示；-单片机通过串口发送参数设置指令到FPGA；-FPGA根据设置生成PWM信号；-FPGA将生成的PWM信号输出到外部设备；-单片机可以通过串口接收FPGA发送的PWM信号状态信息。
6.系统性能考虑：为了实现稳定可靠的PWM信号发生，需要考虑以下因素：-单片机的时钟稳定性和计算能力；-FPGA的资源利用率和可靠性；-PWM频率和占空比的设置范围和精度；-输出PWM信号的性能要求。
8051单片机的FPGA设计与实现
第一章前言20世纪末在计算机技术逐渐发展的情况写，电子技术得到了飞速的发展，现代电子产品已经渗透到了社会的各个领域，有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品的性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
电子技术发展的根基是微电子技术的进步，它表现在大规模集成电路加工技术，即半导体工艺技术的发展上，表征半导体工艺水平的线宽已经达到60nm以下，并还在不断缩小；在硅片单位面积上集成了更多的晶体管，集成电路设计在不断地向超大规模，极低功耗和超高速的方向发展；专用集成电路ASIC （Application Specific Integrated Circuit）的设计成本不断降低，在功能上，现代的集成电路已能够实现单片电子系统SOC（System on a chip）的功能。
另外集成电路（IC）技术在微电子领域中占有重要的地位。
且伴随着IC技术的发展，电子设计自动（Electronic Design Automation，EDA）已经逐渐成为重要的设计手段，其广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。
从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
cpld和单片机接口
工程实例2：
——远距离数据采集监测系统
随着现代工业的发展，远距离数据采集监测已成为日益重 要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度 和压力等场合。
设计思路：
为了提高系统的智能性、可靠性和实用性，可采用双CPU的 方法，即在数据采集的远端和本地都采用单片机控制，远端完 数据的采集、 数据的接收、 成数据的采集、抽样和发送 数据的采集 抽样和发送，本地完成数据的接收、处理，同 数据的接收 处理， 时采用一片CPLD作为键盘、显示器及打印机的接口扩展。
程序实现： 1)单片机部分
#define CPLD ADDRESS 0x0000 #include <absacc. h> main() { unsigned charA DDRESSIndex; //CPLD某个功能部件的地址 unsigned char DATA_READ，DATA_WRITE; XBYTE [CPLD_ADDRESS+ADDRESSIndex]=DATA_WRITE;//单片机向 CPLD写数据 DATA_READ=XBYTE[CPLD_ADDRESS+ADDRESSIndex]; // 单片机从 CPLD读数据 }
附：总线接口模块设计Verilog 参考程序：
接口定义：
module interface(mcu_p0,mcu_p2_7,mcu_ale,mcu_wr,mcu_rd,creg1,creg2); inout[7:0] mcu_p0;//8位数据总线 input mcu_p2_7;//地址总线 input mcu_ale,mcu_rd,mcu_wr;//控制总线 input creg1;//连接内部控制寄存器，用于单片机从CPLD读取信号 output creg2; //连接内部控制寄存器，用于单片机将信号写入CPLD reg dph;//内部变量，用于锁存高位地址 reg[7:0] dpl;//内部变量，用于锁存低位地址 ……
基于FPGA的MCS51单片机的逻辑运算模块设计本科毕业设计
摘要MCS-51是Intel公司生产的其中一个单片机系列的名称。
该系列单片机诞生于1980年，功能壮大、应用方便，已成为单片机领域的实际标准。
MCS-51单片机小巧灵活，本钱低，易于产品化，方便地组成各类智能测试设备及各类智能仪器仪表。
其指令系统有各类操纵功能用指令，很容易组成各类规模的应用系统，易扩展，能够很方便地实现多机和散布式操纵。
而VHDL语言那么是应用普遍的一种硬件描述语言，目前愈来愈多的厂商、科研机构在利用VHDL语言进行系统开发。
本文将采纳具有学习能力强、兼容性能好及采纳并行处置优势等的FPGA/CPLD 为载体，应用灵活高效的VHDL语言对MCS－51兼容单片机进行编程、以EDA开发软件Quartus II 为设计平台，通过编译、调试、修改、仿真测试，实现MCS-51单片机的算术模块功能。
关键词：MCS-51单片机，VHDL，EDA，FPGAAbstractMCS-51 is an among those that the Intel company produce list slice the name of the machine series list slice the machine was born in 1980, the function be strong, application convenience, have become list slice machine realm of actual MCS-51 list slice the machine be cleverly made and vivid, the cost be low, be easy to a product to turn and expediently constitute various intelligence to measure, equipments and various intelligence instrument instruction system have various control the function use instruction, very easy constitute various scale of application system, easy expand, can very expediently realization many machine and distribute type VHDL language then application extensive of the description language of a kind of hardware, currently more and more of manufacturer, research organization at usage the VHDL language carry on system development.This text has study ability the adoption strong, and permit function good and adoption proceed together processing advantage etc. of FPGA/CPLD in order to carry a body, application vivid efficiently of VHDL language to MCS － 51 and permit list slice the machine carry on plait distance, with EDA development software Quartus II is design terrace, has been editted and translate, adjusted to try, modification, imitate true test, realization MCS-51 list slice the arithmetic mold of the machine piece function.Keyword:The machine, VHDL, EDA of the MCS-51 list slice, FPGA目录第一章绪论 ........................................ 错误!未定义书签。
基于FPGA的单片机端口扩展设计
在需 要 同时 控制 多 片 ＡＤ Ｃ去 采集 多 路信 号 的场 合
需要 复 杂 的逻辑 控制 才 能实现 ， 因此 扩 展单 片 机 的
Ｕｏ端 口资 源显得 非 常有 必要 ， 统 的方 法 常 常 采 传
用锁 存 器来 实现 端 口复用 以达 到 扩 展 的 目的 ， 是 但
这种 方 法非 常受 限制 ， 而且 在很 多 场 合 根本 无 法 使
全 能够 满 足本 系统 中对 端 口数量 的要 求 。 Ｅ ２ ８ ４ Ｃ 是美 国 Ｐ Ｃ Ｔ１ ４ ８ Ｅ Ａ推 出 的低成 本 Ｒ Ｃ ｃ ｎ］ 列 Ｆ ＧＡ， 在 总 体 性 能 上 优 于 上 一 代 ｙｌ ｅ 系 ｏ ］ Ｐ 它
Ｃｃｎ ｙｌ ｅ系 列 Ｆ Ｇ ｏ Ｐ Ａ。本 文 采 用 的 Ｅ ２ ８ １ ４ ８ Ｐ Ｃ Ｔ ４Ｃ
１ 引 言
众 所周 知 ， 片机 的 Ｉｏ 端 口资 源都 比较 少 ， 单 ／
现这 样 的控制 ， 而简 化控 制逻 辑 又需 要 庞 大 的端 然
口数 量 ， 对 于单 片机 来 说完 全 无 法 实 现 。而 Ｆ — 这 Ｐ
ＧＡ 最 多可达 到 ６ ０多个 用 户 可 配 置 Ｉ０ 端 口， ０ ／ 完
２ ６０ ） ６ ４ ５
（ 装 驻 沈 阳 地 区航 空 军 事 代 表 室 ” 沈 阳 １ ０ ３ ） 海 军 ９ ８ ０部 队 。 青 岛 海 １０ ４ （ ２４
摘
要
针 对 单 片 机 端 口少 的 问 题 ， 用 Ｆ ＧＡ 对 单 片机 进 行 端 口扩 展 。 Ｆ ＧＡ 端 口数 量 巨 大 ， 上 资 源 丰 富 ， 以 应 Ｐ Ｐ 片 可
用 。本 文提 出 一 种 基 于 Ｆ ＧＡ 的 端 口扩 展 方 法 ， Ｐ
FPGA与单片机实现串行通信
题目名称：FPGA与单片机实现串行通信目录1设计任务及内容 (1)2设计方案 (1)3系统硬件设计 (1)3.1单片机串行通信设计 (2)3.2 FPGA串行通信 (3)4系统软件设计 (5)4.1 FPGA单元设计 (5)4.2串行通信MAX3232 (6)5.系统调试 (10)6课程设计总结 (10)附录： (11)1设计任务及内容要求实现FPGA与单片的串行通信,熟悉单片机和VHDL语言的编写，在设计过程中对单片机与FPGA有进一步理解，能够实现串行通信。
2设计方案整个设计采用模块化的设计思想，可分为四个模块：FPGA数据发送模块，FPGA 波特率发生控制模块，FPGA总体接口模块以及单片机数据接收模块。
在通信过程中完全遵守RS232协议，并利用VHDL语言实现 FPGA与单片机的串口异步通信电路。
本设计采用ll位帧格式异步通信方式，一位起始位、一位停止位、一位奇偶校验位、8位数据位，基于有限状态机原理进行FPGA设计。
设计方案框图如下：3系统硬件设计3.1单片机串行通信设计单片机与FPGA串行通信可采用单片机的SPI(串行外设接口)方式。
相对于UART，SPI更简单，速度更快。
SPI共四条线。
MOSI(Master Out Slave In)．MISO，SCK(Serial Clock)，SS(Slave Select)。
图1为SPI T作时序。
当单片机向FPGA 传输命令或数据时，应用SPI的四种模式中的SPIO模式。
当片选SS拉低。
然后在每个时钟(SCK)上升沿送出数据。
将片选信号SS与移位寄存器使能端(En)相接，MOSI与移位寄存器数据输入端(SI)相接，SCK同时为移位寄存器提供时钟信号。
在SS信号为低电平时，移位寄存器开始工作，在每个时钟上升沿将接收到的数据左移一位，等全部接受完毕，将SS置一l”，移位寄存器工作完毕，同时为触发器提供时钟，使移位寄存器接收到的数据并行输出。
当单片机从FPGA读取数据时，向FPGA发送读使能信号RE(可用任意空闲I／0口)。
fpga与单片机接口
51单片机加CPLD让系统更高效来源：本站整理作者：秩名2012年02月29日 11:23分享[导读]单片机市场可以用巨无霸来形容，其中51 单片机使用者就更多了，针对51 单片机无需更多的介绍，这里必须强调一点，只要你精通了51 单片机，以后在实际工作中选用其它单片机也很容关键词：51单片机CPLD单片机 一、引言 单片机市场可以用巨无霸来形容，其中51 单片机使用者就更多了，针对51 单片机无需更多的介绍，这里必须强调一点，只要你精通了51 单片机，以后在实际工作中选用其它单片机也很容易了，这就是初学者学习51 单片机的价值。
选择51 单片机学习入门容易，倒不是说51 系列单片机比别的型号简单，其实在8 位单片机家族中，51 系列单片机算是复杂的，但51 单片机在中国推广最彻底，教程也是最丰富，基本不用看英文资料就能学好，所以特别适合初学者学习用。
下面说说CPLD，从近来跟学生和爱好者交往中发现，初学者都很“讨厌”它，问我为什么要把单片机和CPLD 放一块儿，那样不是增加了学习的难度吗？其实深入学习单片机后，你就会发现，单独一片单片机芯片，实在是不够用，稍微复杂的系统都会缺少接口资源，IO 口不够用。
我们学单片机不能仅仅局限于LED（发光二极管，数码管等）驱动，输入还需要键盘、ADC，输出需要LCD、DAC 等，当把这些对象同时放在一个系统当中时，就需要用到很多其它分离的接口IC（芯片），各种逻辑IC。
学完单片机后大家都会知道这些芯片：如74373，7432，74138……随着数字电子技术的发展，一种新的器件正在被广泛应用，那就是CPLD（ComplexProgrammable Logic Device）复杂可编程逻辑器件，通俗的说就是可以把以上那些分离器件都放进去的一种可以二次开发的IC.关于CPLD 的详细介绍大家可以自己在网上浏览，很多很多。
基于此，本刊用这篇文章深入浅出的介绍一种采用51 单片机和CPLD 构建复杂电路系统的设计思想。
基于FPGA的单片机外围接口电路设计
邮局订阅号：82-946360元/年技术创新PLD CPLD FPGA 应用《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于FPGA 的单片机外围接口电路设计Design of Interface Circuits of SCM ’s Peripheral Devices based on FPGA(郑州大学)苏玉娜程明SU Yu-na CHENG Ming摘要:利用现场可编程门阵列FPGA 实现单片机的外设接口电路可以简化单片机系统的硬件电路,提高系统的集成度、可靠性和系统设计的灵活性。
本文介绍了基于FPGA 的单片机外设接口电路的基本设计方法,分别给出了各个功能模块的设计思路和实现方法。
所有功能的实现全部采用VHDL 进行描述。
关键词:现场可编程门阵列;单片机;接口;硬件描述语言中图分类号:TP368.1文献标识码:A Abstract:Using FPGA in the design of interface circuits of SCM ’s peripheral devices can predigest the circuits,increase the inte -grated level and reliability of the system,and improve the flexibility of the design.The paper introduces some methods to design in -terface circuits of SCM ’s peripheral devices based on FPGA.All functions are given by VHDL.Key words:FPGA;SCM;Interface;VHDL;LCA文章编号:1008-0570(2009)05-2-0173-02引言单片机具有性价比高、功能灵活、易于人机对话、数据处理能力强等特点。
单片机与FPGA逻辑接口设计
单片机与FPGA逻辑接口设计单片机与FPGA/CPLD接口逻辑设计姓名刘伟学号 0903609029班级通信工程单片机与FPGA/CPLD接口逻辑设计一论文摘要：设计一种基于MCS-51单片机与FPGA通信的接口逻辑电路，实现单片机与可编程逻辑器件数据与控制信息的可靠通信。
使可编程逻辑器件与单片机相结合，优势互补，组成灵活的、软硬件都可现场编程的控制系统。
设计采用的是VHDL语言的文本输入方式，设计比较灵活，按照接口的要求设计逻辑电路。
接口主要有并行接口和总线接口，总线接口是由波特率发生器、接收器和发送器模块组成，通过各模块的功能设计接口逻辑。
利用仿真软件Quartus Ⅱ进行分析综合、功能仿真与时序仿真，生成分析报告以及内部逻辑电路，并得出仿真结果，验证接口的可行性。
关键词：单片机，FPGA，接口逻辑，数据通信二2-1 绪论§2-1-1设计思想：FPGA作为一种新型的可编程逻辑器件，可以取代现有的全部微机接口芯片，实现微机系统中的存储器、地址译码等多种功能，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的编程灵活性，被广泛的应用于各种电子类产品中。
在功能上，单片机具有性价比高、功能灵活、易于人机对话、强大的数据处理能力等特点。
但受其内部资源的限制，在很多应用中，单片机需要在片外扩展相关资源，如程序存储器、数据存储器、I/O口以及中断源等；而FPGA具有高速、高可靠性以及开发便捷、规范等优点，使其有机结合，缩短开发周期，适应市场需要。
FPGA/CPLD具有高速、高可靠以及开发便捷、规范等优点，在功能上与单片机有很强的互补性。
因此两类器件相组合的电路结构将在许多高性能仪器仪表和电子产品中被广泛应用。
基于这种需求，本文设计了单片机与FPGA的总线接口逻辑电路，实现了单片机与FPGA数据与控制信息的可靠通信，是FPGA与单片机优势互补，组成灵活的、软硬都可现场编程的控制系统，广泛应用在各个领域§2-1-2FPGA技术发展概况国内外发展状况自1985年Xilinx公司推出第一片现场可编程逻辑器件（FPGA）至今，FPGA已经历了十几年的发展历史。
基于单片机和FPGA的四通道PWM信号发生器接口设计
题目：基于单片机和FPGA的四通道 PWM信号发生器接口设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
fpga与单片机接口
51单片机加CPLD让系统更高效来源：本站整理作者：秩名2012年02月29日 11:23分享[导读]单片机市场可以用巨无霸来形容，其中51 单片机使用者就更多了，针对51 单片机无需更多的介绍，这里必须强调一点，只要你精通了51 单片机，以后在实际工作中选用其它单片机也很容关键词：51单片机CPLD单片机一、引言单片机市场可以用巨无霸来形容，其中51 单片机使用者就更多了，针对51 单片机无需更多的介绍，这里必须强调一点，只要你精通了51 单片机，以后在实际工作中选用其它单片机也很容易了，这就是初学者学习51 单片机的价值。
选择51 单片机学习入门容易，倒不是说51 系列单片机比别的型号简单，其实在8 位单片机家族中，51 系列单片机算是复杂的，但51 单片机在中国推广最彻底，教程也是最丰富，基本不用看英文资料就能学好，所以特别适合初学者学习用。
下面说说CPLD，从近来跟学生和爱好者交往中发现，初学者都很“讨厌”它，问我为什么要把单片机和CPLD 放一块儿，那样不是增加了学习的难度吗？其实深入学习单片机后，你就会发现，单独一片单片机芯片，实在是不够用，稍微复杂的系统都会缺少接口资源，IO 口不够用。
我们学单片机不能仅仅局限于LED（发光二极管，数码管等）驱动，输入还需要键盘、ADC，输出需要LCD、DAC 等，当把这些对象同时放在一个系统当中时，就需要用到很多其它分离的接口IC（芯片），各种逻辑IC。
学完单片机后大家都会知道这些芯片：如74373，7432，74138……随着数字电子技术的发展，一种新的器件正在被广泛应用，那就是CPLD（ComplexProgrammable Logic Device）复杂可编程逻辑器件，通俗的说就是可以把以上那些分离器件都放进去的一种可以二次开发的IC.关于CPLD 的详细介绍大家可以自己在网上浏览，很多很多。
基于此，本刊用这篇文章深入浅出的介绍一种采用51 单片机和CPLD 构建复杂电路系统的设计思想。
单片机与FPGA通信
MCS-51单片机与FPGA接口逻辑设计的VHDL实现付扬(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逻辑设计这个难点，详细给出了接口逻辑设计的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(可编程逻辑器件)0引言可编程逻辑器件(PLD)及EDA技术的应用成为电子系统设计的潮流。
FPGA 是一种新兴的可编程逻辑器件(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灵活性。
单片机以其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等方面所具有的独特优点，长期以来被广泛的应用在各领域。
基于FPGA的高密度、高速度、现场可编程的能力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，频率步进达到1Hz以下，频率范围1Hz～100kHz。
该波形发生器以单片机(MCS8031)为中心控制系统，FPGA片内实现DDS技PROM28c64术，在此DDS技术中，采用6级BCD比例乘法器级联。
首先由单片机将E2中存入波形数据。
FPGA在单片机的控制下，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2D/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控制。
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系列当中非常有代表性的FPGA 器件系列，每个FLEX10K器件包含一个嵌入式阵列和一个逻辑阵列。
嵌入式阵列用来实现各种存储器及复杂的逻辑功能。
逻辑阵列用来实现普通逻辑功能。
基于FPGA的MCS5单片机的逻辑运算模块设计本科设计5630852
基于FPGA的MCS5单片机的逻辑运算模块设计本科设计5630852基于FPGA的MCS-51单片机的逻辑运算模块设计摘要MCS-51是Intel公司生产的其中一个单片机系列的名称。
该系列单片机诞生于1980年，功能强大、应用方便，已成为单片机领域的实际标准。
MCS-51单片机小巧灵活，成本低，易于产品化，方便地组成各种智能测试设备及各种智能仪器仪表。
其指令系统有各种控制功能用指令，很容易构成各种规模的应用系统，易扩展，可以很方便地实现多机和分布式控制。
而VHDL语言则是应用广泛的一种硬件描述语言，目前越来越多的厂商、科研机构在使用VHDL语言进行系统开发。
本文将采用具有学习能力强、兼容性能好及采用并行处理优点等的FPGA/CPLD为载体，应用灵活高效的VHDL语言对MCS－51兼容单片机进行编程、以EDA开发软件Quartus II 为设计平台，经过编译、调试、修改、仿真测试，实现MCS-51单片机的算术模块功能。
关键词：MCS-51单片机，VHDL，EDA，FPGAAbstractMCS-51 is an among those that the Intel company produce list slice the name of the machine series.Should series list slice the machine was born in 1980, the function be strong, application convenience, have become list slice machine realm of actual standard.The MCS-51 list slice the machine be cleverly made and vivid, the cost be low, be easy to a product to turn and expediently constitute various intelligence to measure, equipments and various intelligence instrument appearance.Its instruction system have various control the function use instruction, very easy constitute various scale of application system, easy expand, can very expediently realization many machine and distribute type control.But VHDL language then application extensive of the description language of a kind of hardware, currently more and more of manufacturer, research organization at usage the VHDL language carry on system development.This text has study ability the adoption strong, and permit function good and adoption proceed together processing advantage etc. of FPGA/CPLD in order to carry a body, application vivid efficiently of VHDL language to MCS －51 and permit list slice the machine carry on plait distance, with EDA development software Quartus II is design terrace, has been editted and translate, adjusted to try, modification, imitate true test, realization MCS-51 list slice the arithmetic mold of the machine piece function.Keyword:The machine, VHDL, EDA of the MCS-51 list slice, FPGA目录第一章绪论 (1)1.1 课程设计背景知识 (1)1.1.1 单片机的概述 (1)1.1.2 单片机的发展历程 (1)1.1.3 单片机的发展趋势 (2)1.1.4 单片机的特点及应用 (2)1.1.5 单片机面临的问题 (3)1.1.6 单片机与FPGA/CPLD的对比41.1.7 EDA技术设计方法系统级设计5第二章单片机的结构原理 (8)2.1 单片机的内部模块功能 (8)2.2 MCS-51单片机的指令系统的实现原理 (11)第三章ALU的原理分析与实现工具 (12)3.1 ALU的原理分析 (12)3.2 用FPGA实现ALU的设计 (12)3.3 ALU的实现工具VHDL语言 (13)第四章MCS-51单片机的算术模块设计 (14)4.1 加/减法器设计 (15)4.2 乘法器设计 (19)4.3 除法器设计 (21)4.4 十进制调整器设计 (24)第五章总结与展望 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第一章绪论1.1 课程设计背景知识1.1.1 单片机的概述单片机是大规模集成电路技术发展的产物，它将中央处理器（CPU）、存储器（ROM/RAM）、输入输出接口、定时器/计数器等主要计算机部件集成在一片芯片上，因此单片机被称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。
MCS-51单片机与FPGA连接
MCS-51单片机与FPGA1 单片机单片机是单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）的简称，是一种将中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。
[全文]与FPGAFPGA现场可编程逻辑门阵列（FPGA, Field Programmable Gate Array），是一个含有可编辑元件的半导体设备，可供使用者现场程式化的逻辑门阵列元件。
FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编辑器件的基础上进一步发展的产物。
[全文]的接口方式单片机与FPGA的接口方式一般有两种，即总线总线总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。
通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。
人们常常以MHz表示的速度来描述总线频率。
[全文]方式与独立方式。
MCS-51单片机51单片机51单片机是单片机中的一种，单片机（single-chip microcomputer）是一块集成芯片，但不是一块实现某一个逻辑功能的芯片，而是在这块芯片当中，集成了一个计算机系统。
如中央处理器（CPU）、存储器（ROM,RAM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等。
中央处理器是单片机的核心单元，他由运算器和控制器组成，他的主要功能是实现算术运算、逻辑运算、和控制。
[全文]具有很强的外部总线扩展能力，利用片外三总线结构很容易实现单片机与FPGA的总线接口，而且单片机以总线方式与FPGA进行数据与控制信息通信也有许多优点：速度快；节省PLD 芯片的I／O口线；相对于非总线方式，单片机编程简捷，控制可靠；在FPGA中通过逻辑切换，单片机易于与SRAM或ROM接口。
单片机与FPGA以总线方式通信的逻辑设计，重要的是要详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构，其通信的时序必须遵循单片机内固定的总线方式读／写时序。
FPGA和单片机串行通信接口的实现
FPGA和单片机串行通信接口的实现[ 作者: 加入时间:2006-10-28 15:31:42 来自: ]摘要：本文针对由FPGA构成的高速数据采集系统数据处理能力弱的问题，提出FPGA与单片机实现数据串行通信的解决方案。
在通信过程中完全遵守RS232协议，具有较强的通用性和推广价值。
关键词：FPGA；单片机；串行通信；RS2321 前言现场可编程逻辑器件（FPGA）在高速采集系统中的应用越来越广，由于FPGA对采集到的数据的处理能力比较差，故需要将其采集到的数据送到其他CPU系统来实现数据的处理功能，这就使FPGA系统与其他CPU系统之间的数据通信提到日程上，得到人们的急切关注。
本文介绍利用VHDL语言实现 FPGA 与单片机的串口异步通信电路。
整个设计采用模块化的设计思想，可分为四个模块：FPGA数据发送模块，FPGA波特率发生控制模块，FPGA总体接口模块以及单片机数据接收模块。
本文着重对FPGA数据发送模块实现进行说明。
2 FPGA数据发送模块的设计根据RS232 异步串行通信来的帧格式，在FPGA 发送模块胁捎玫拿恳恢「袷轿?位开始位+8位数据位+1位奇校验位+1位停止位，波特率为2400。
本系统设计的是将一个16位的数据封装成高位帧和低位帧两个帧进行发送，先发送低位帧，再发送高位帧，在传输数据时，加上文件头和数据长度，文件头用555555来表示，只有单片机收到555555时，才将下面传输的数据长度和数据位进行接收，并进行奇校验位的检验，正确就对收到的数据进行存储处理功能，数据长度可以根据需要任意改变。
由设置的波特率可以算出分频系数，具体算法为分频系数X=CLK/(BOUND*2)。
可由此式算出所需的任意波特率。
下面是实现上述功能的VHDL源程序。
Library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity atel2_bin isport( txclk: in std_logic; --2400Hz的波特率时钟 reset: in std_logic; --复位信号 din: in std_logic_vector(15 downto 0); --发送的数据start: in std_logic; --允许传输信号 sout: out std_logic --串行输出端口 );end atel2_bin;architecture behav of atel2_bin issignal thr,len: std_logic_vector(15 downto 0);signal txcnt_r: std_logic_vector(2 downto 0);signal sout1: std_logic;signal cou: integer:=0;signal oddb:std_logic;type s is(start1,start2,shift1,shift2,odd1,odd2,stop1,stop2);signal state:s:=start1;beginprocess(txclk)beginif rising_edge(txclk) thenif cou<3 then thr<="0000000001010101"; --发送的文件头elsif cou=3 thenthr<="0000000000000010"; --发送的文件长度elsif (cou>3 and state=stop2) then thr<=din;--发送的数据end if;end if;end process;process(reset,txclk)variable tsr,tsr1,oddb1,oddb2: std_logic_vector(7 downto 0);beginif reset="1" thentxcnt_r<=(others=>"0");sout1<="1";state<=start1;cou<=0;elsif txclk"event and txclk="1" thencase state iswhen start1=>if start="1" thenif cou=3 thenlen<=thr;end if;tsr:=thr(7 downto 0);oddb1:=thr(7 downto 0);sout1<="0"; --起始位txcnt_r<=(others=>"0");state<=shift1;elsestate<=start1;end if;when shift1=>oddb<=oddb1(7) xor oddb1(6) xor oddb1(5) xor oddb1(4) xor oddb1(3) xor oddb1(2) xor oddb1(1) xor oddb1(0);sout1<=tsr(0); --数据位tsr(6 downto 0):=tsr(7 downto 1);tsr(7):="0";txcnt_r<=txcnt_r+1;if (txcnt_r=7) thenstate<=odd1;cou<=cou+1;end if;when odd1=> --奇校验位if oddb="1" thensout1<="0";state<=stop1;elsesout1<="1";state<=stop1;end if;when stop1=>sout1<="1"; --停止位if cou<4 thenstate<=start1;elsestate<=start2;end if;when start2=>tsr1:=thr(15 downto 8);oddb2:=thr(15 downto 8);sout1<="0"; --起始位txcnt_r<=(others=>"0");state<=shift2;when shift2=>oddb<=oddb2(7) xor oddb2(6) xor oddb2(5) xor oddb2(4) xor oddb2(3) xor oddb2(2) xor oddb2(1) xor oddb2(0);sout1<=tsr1(0);--数据位tsr1(6 downto 0):=tsr1(7 downto 1);tsr1(7):="0";txcnt_r<=txcnt_r+1;if (txcnt_r=7) thenstate<=odd2;end if;when odd2=> --奇校验位if oddb="1" thensout1<="0";state<=stop2;elsesout1<="1";state<=stop2;end if;when stop2=>sout1<="1"; --停止位if len="0000000000000000" thenstate<=stop2;elsestate<=start1;len<=len-1;end if;end case;end if;end process;sout<=sout1;end behav;其中各信号的说明已在程序中标明了。
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MCS-51单片机与CPLD/FPGA接口逻辑设计
发布时间:2006年11月28日点击次数:1609
来源:苍穹电子网作者:
在功能上,单片机与大规模CPLD有很强的互补性。
单片机具有性能价格比高、功能灵活、易于人机对话、良好的数据处理能力潍点;CPLD/FPGA则具有高速、高可靠以及开发便捷、规范等优点。
以此两类器件相结合的电路结构在许多高性能仪器仪表和电子产品中仍将被广泛应用。
本文就单片机与CPLD/FPGA的接口方式作一简单介绍,希望对从事单片机和CPLD/FPGA研发的朋友能有所启发。
单片机与CPLD/FPGA的接口方式一般有两种,即总线方式与独立方式,分别说明如下：
一、总线方式
单片机以总线方式与CPLD/FPGA进行数据与控制信息通信有许多优点。
（1）速度快。
如图一所示,其通信工作时序是纯硬件行为,对于MCS-51单片机,只需一条单字节指令就能完成所需的读／写时序,如：
MOV @DPTR,A ;MOV A,@DPTR
（2）节省CPLD芯片的I/O口线。
如图二所示,如果将图中的译码器DECODER设置足够的译码输出,并安排足够的锁存器,就能仅通过19根o口线在FPGW与单片机之间进行各种类型的数据与控制信息交换。
（3）相对于非总线方式,单片机编程简捷,控制可靠。
（4）在CPLD/FPGA中通过逻辑切换,单片机易于与SRAM或ROM接口。
这种方式有许多实用之处,如利用类似于微处理器系统的DMA的工作方式,首先由CPLD/FPGA与接口的高速A/D等器件进行高速数据采样,并将数据暂存于SRAM中,采样结束后,通过切换,使单片机与SRAM以总线方式进行数据通信,以便发挥单片机强大的数据处理能力。
单片机与CPLD/FPGA以总线方式通信的逻辑设计,重要的是要详细了解单片机的总线读写时序,根据时序图来设计逻辑结构。
图一是MCS-51系列单片机的时序图,其时序电平变化速度与单片机工作时钟频率有关。
图中,ALE为地址锁存使能信号,可利用其下降沿将低8位地址锁存于CPLD/FPGA中的地址锁存器（LA TCH_ADDRES）中;当ALE将低8位地址通过P0锁存的同时,高8位地址已稳定建立于P2口,单片机利用
读指令允许信号PSEN的低电平从外部ROM中将指令从P0口读入,由时序图可见,其指令读入的时机是在PSEN的上升沿之前。
接下来,由P2口和P0口分别输出高8位和低8位数据地址,并由ALE的下降沿将P0口的低8位地址锁存于地址锁存器。
若需从CPLD/FPGA中读出数据,单片机则通过指令“MOVXA,@DPTR”使RD 信号为低电平,由P0口将图二中锁存器LATCH_IN1中的数据读入累加器A;但若欲将累加器A的数据写进CPLD/FPGA,则需通过指令“MOVX ·DPTR,A”和写允许信号WR。
这时,DPTR中的高8位和低8位数据作为高、低8位地址分别向P2和P0口输出,然后由WR的低电平并结合译码,将累加器A的数据写入图中相关的锁存器。
二、独立方式
与总线接口方式不同,几乎所有单片机都能以独立接口方式与CPLD/FPGA进行通信,其通信的时序方式可由所设计的软件自由决定,形式灵活多样。
其最大的优点是CPLD/FPGA中的接口逻辑无需遵循单片机内固定总线方式的读／写时序。
CPLD/FPGA的逻辑设计与接口的单片机程序设计可以分先后相对独立地完成。
事实上,目前许多流行的单片机已无总线工作方式,如89C2051、97C2051、Z84系列、PICI 6C5X系列等。
独立方式的接口设计方法比较简单,在此不拟做详细介绍。
下面介绍图二所示的总线接口逻辑设计,其外部接口如图三所示。
这是一个CPLD/FPGA与MCS-51系列单片机接口的VHDL电路设计。
MCS-51以总线方式工作,例如,由8031将数据#5AH写入目标器件中的第一个寄存器LATCH_OUT1的批令是：
MOV A,#5AH
MOV DPTR,#6FF5H
MOVX @DPTR,A
当READY为高电平时,8031从目标器件中的寄存器LA TCH_IN1将数据读入的指令是：
MOV DPTR,#9F7EH
MOVX A,@DPTR
以上介绍了MCS-51单片机与CPLD/FPGA接口逻辑设计的两种接口方式,希望对从事单片机和CPLD/FPGA研发的朋友能有所启发。