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摘要 针对高职高专学生电子系统设计，提出单片机＋CPLD/FPGA结构实验开发平台的设计与开发，以满足高等职业教育对电子设计实践性环节的需求。
关键词 CPLD/FPGA；VHDL；单片机；高等职业教育
中图分类号 TP368.1 文献标识码 A 文章编号 1671-489X（2008）12-0079-02
1 引言
20世纪80年代以来，随着单片机的引入，我国掀起了学习和应用单片机的热潮，特别是MCS51系列。据统计分析，单片机的销量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[1]。单片机系统中常需要一些门电路作为接口，通常采用诸如74系列、4000系列等分立元件实现，往往电路庞大复杂，不便集成。由此，PLD（可编程器件）以可编程特性受到设计者的青睐，成为替代分立元件的最佳选择。
随着PLD技术的成熟，CPLD（复杂可编程逻辑器件）/ FPGA（现场可编程门阵列）的出现，EDA(电子设计自动化)技术被越来越广泛地接受和应用。CPLD/FPGA内部有大量的门电路，组合逻辑的功能很强，能完成任何数字器件的功能。设计者可以通过传统的原理图输入法或是硬件描述语言，方便地设计一个数字系统。用户还可以反复编程、擦除、使用或在外围电路连接不变的情况下，通过软件实现不同的逻辑电路，使电路设计变得简单、灵活、多样。
2 Altera公司的CPLD/FPGA及其开发工具
Altera是目前世界上最大可编程逻辑器件供应商之一，主要产品有MAX3000/7000、FLEX6K/10K、APEX20K、ACEX1K……其中MAX 7000系列属于高性能、高密度的CPLD，其制造工艺采用了先进的CMOS EEPROM技术。作为该系列CPLD的代表EPM7128S，其特点主要有：1) 采用第二代多阵列矩阵(MAX)结构；2)通过标准的JTAG接口(IEEE Std.1149.1-1990)，支持在系统可编程；3) 集成密度为2500个可用门，128个宏单元；4）84 PIN PLCC封装，68个IO，引脚到引脚之间的延时为6 NS；5) 3.3 V或者5 V电源供电。随着器件结构、性能的不断提高，器件集成度的不断扩大，Altera 始终能够同步推出与之相适应的开发工具，满足设计者的要求。
3 单片机同CPLD/FPGA接口设计
如图1所示，单片机与CPLD/FPGA接口采用典型的三总线（AB、DB、CB）扩展方式。CPLD/FPGA拥有丰富的IO资源，可采用VHDL语言对其编程，实现对单片机外围数字电路的扩展，电路简洁，设计灵活多样。两者相结合可节约大量数字芯片，电路板设计也较传统设计大大精简。采用单片机＋CPLD/FPGA结构后，设计者可针对不同的设计需要实行模块化设计，电路的更改只需对CPLD/FPGA进行编程，做到既省时又省钱。
图2中drive模块是由4个74373构成，将74373的OE引脚接地，G引脚分别接P2.3、P2.2、P2.1、P2.0，通过P2口低4位控制选通或锁存，74373的d1～d8接P0。将S1、S2、S3、S4四个8位并行IO输出分别接4位数码管的8个段选，并将数码管公共端接地（数码管为共阴型）。
单片机程序与普通动态扫描相似，程序流程图见图3。
CPLD进行键盘处理与单片机相连接，可将FLAG_OUT接单片机终端，并将所得键值KEY_VALUE[3..0]通过P0口传递给单片机进行相关处理
6 结束语
近年来，大学生电子设计竞赛逐步趋向单片机与EDA技术的结合使用，实现单片机与EDA技术优势互补。为提高高职院校学生动手能力，充分发挥学生电子系统设计的创造性，单片机 CPLD/FPGA结构开发平台获得常州轻工职业技术学院院级课题立项。学生在学习“单片机”及“EDA”相关课程后，进行本系统实验可以增进其对上述课程的理解，将2大知识体系有机结合，提高应用能力。
参考文献
[1]樊京,郭俊杰．单片机 CPLD结构体系在电子设计中的应用[J]．单片机与嵌入式系统应用,2002(06)
[2]张亦华,延明.数字电路EDA入门-VHDL程序实例集[M].北京:北京邮电大学出版社,2003:100-106
关键词 CPLD/FPGA；VHDL；单片机；高等职业教育
中图分类号 TP368.1 文献标识码 A 文章编号 1671-489X（2008）12-0079-02
1 引言
20世纪80年代以来，随着单片机的引入，我国掀起了学习和应用单片机的热潮，特别是MCS51系列。据统计分析，单片机的销量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[1]。单片机系统中常需要一些门电路作为接口，通常采用诸如74系列、4000系列等分立元件实现，往往电路庞大复杂，不便集成。由此，PLD（可编程器件）以可编程特性受到设计者的青睐，成为替代分立元件的最佳选择。
随着PLD技术的成熟，CPLD（复杂可编程逻辑器件）/ FPGA（现场可编程门阵列）的出现，EDA(电子设计自动化)技术被越来越广泛地接受和应用。CPLD/FPGA内部有大量的门电路，组合逻辑的功能很强，能完成任何数字器件的功能。设计者可以通过传统的原理图输入法或是硬件描述语言，方便地设计一个数字系统。用户还可以反复编程、擦除、使用或在外围电路连接不变的情况下，通过软件实现不同的逻辑电路，使电路设计变得简单、灵活、多样。
2 Altera公司的CPLD/FPGA及其开发工具
Altera是目前世界上最大可编程逻辑器件供应商之一，主要产品有MAX3000/7000、FLEX6K/10K、APEX20K、ACEX1K……其中MAX 7000系列属于高性能、高密度的CPLD，其制造工艺采用了先进的CMOS EEPROM技术。作为该系列CPLD的代表EPM7128S，其特点主要有：1) 采用第二代多阵列矩阵(MAX)结构；2)通过标准的JTAG接口(IEEE Std.1149.1-1990)，支持在系统可编程；3) 集成密度为2500个可用门，128个宏单元；4）84 PIN PLCC封装，68个IO，引脚到引脚之间的延时为6 NS；5) 3.3 V或者5 V电源供电。随着器件结构、性能的不断提高，器件集成度的不断扩大，Altera 始终能够同步推出与之相适应的开发工具，满足设计者的要求。
3 单片机同CPLD/FPGA接口设计
如图1所示，单片机与CPLD/FPGA接口采用典型的三总线（AB、DB、CB）扩展方式。CPLD/FPGA拥有丰富的IO资源，可采用VHDL语言对其编程，实现对单片机外围数字电路的扩展，电路简洁，设计灵活多样。两者相结合可节约大量数字芯片，电路板设计也较传统设计大大精简。采用单片机＋CPLD/FPGA结构后，设计者可针对不同的设计需要实行模块化设计，电路的更改只需对CPLD/FPGA进行编程，做到既省时又省钱。
图2中drive模块是由4个74373构成，将74373的OE引脚接地，G引脚分别接P2.3、P2.2、P2.1、P2.0，通过P2口低4位控制选通或锁存，74373的d1～d8接P0。将S1、S2、S3、S4四个8位并行IO输出分别接4位数码管的8个段选，并将数码管公共端接地（数码管为共阴型）。
单片机程序与普通动态扫描相似，程序流程图见图3。
CPLD进行键盘处理与单片机相连接，可将FLAG_OUT接单片机终端，并将所得键值KEY_VALUE[3..0]通过P0口传递给单片机进行相关处理
6 结束语
近年来，大学生电子设计竞赛逐步趋向单片机与EDA技术的结合使用，实现单片机与EDA技术优势互补。为提高高职院校学生动手能力，充分发挥学生电子系统设计的创造性，单片机 CPLD/FPGA结构开发平台获得常州轻工职业技术学院院级课题立项。学生在学习“单片机”及“EDA”相关课程后，进行本系统实验可以增进其对上述课程的理解，将2大知识体系有机结合，提高应用能力。
参考文献
[1]樊京,郭俊杰．单片机 CPLD结构体系在电子设计中的应用[J]．单片机与嵌入式系统应用,2002(06)
[2]张亦华,延明.数字电路EDA入门-VHDL程序实例集[M].北京:北京邮电大学出版社,2003:100-106