一种单片机与cpld协同设计实验系统的制作方法
专利名称：一种单片机与cpld协同设计实验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子设计应用教学实验系统，特别提供了一种单片机与CPLD 协同设计的教学实验系统。
技术背景现有的电子设计实验系统大都是以某单一器件，如单片机、CPLD或FPGA为核心器件，其他外围电路均围绕该核心器件进行连接，形成单片机实验系统或EDA实验系统，基于这些实验系统只能进行单片机实验或EDA实验。由于单片机擅长进行事务处理，CPLD擅长进行逻辑处理，因此基于单片机与CPLD进行协同设计已经成为当前电子设计的趋势之一。现有的某些综合性实验系统，如李庆等研制的“基于S51单片机与CPLD的综合实验系统”(见《电气电子教学学报》2009年6月，第31卷第3期，75-77页)、程琼等研制的“基于 ISP技术的单片机与CPLD实验系统”(见《实验科学与技术》2009年2月，第7卷第1期， 71-72页)中虽然同时具有单片机和CPLD器件，但这些实验系统仍然采用单片机和CPLD分别连接外围电路的方式，因此不能充分体现单片机与CPLD的各自优势，无法进行比较全面的单片机与CPLD协同设计实验
实用新型内容
本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，提供了一种单片机与CPLD协同设计教学实验系统，以该实验系统为硬件平台，可进行单片机与CPLD协同设计的实验或电子工程设计。在此方案中，单片机作为核心芯片只与另一核心芯片CPLD进行连接，所有的外围功能电路均只与CPLD电路进行连接，不与单片机电路连接。基于这种结构的电子系统中，单片机只进行事务处理，不进行任何接口时序或逻辑处理，所有的时序和逻辑处理均由CPLD 完成，CPLD被设计成单片机的一个协处理器，采用这种结构可使单片机节省大量的机时用于处理更复杂的事务，充分发挥单片机和CPLD的各自优势，最终实现简化系统设计的目的。采用的技术方案是一种单片机与CPLD协同设计的教学实验系统，包括单片机电路和CPLD电路，单片机电路接单片机编程电路，CPLD电路接CPLD编程电路，CPLD电路接时钟源电路、A/D转换电路、静态存储器电路、EEPROM电路、异步串行通信电路、USB接口电路、温度测量电路、红外发送电路、红外接收电路、LED静态显示电路、LED动态显示电路、矩阵键盘电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制电路、光电耦合输出电路的信号输入端连接。在此方案中单片机电路中的单片机芯片采用AT89S51/52、CPLD电路中的CPLD芯片采用XCR3256TQ144、USB接口电路中的USB接口芯片采用FT245BL。除单片机编程电路外，单片机电路不与任何外围电路连接，只与CPLD电路连接， 单片机采用外部数据通信的方式与CPLD进行数据交换，即使用MOVX @DPTR，A指令向CPLD 发送数据，使用MOVX A，ODPTR指令从CPLD读取数据。CPLD根据单片机外部数据访问的时序实现与单片机的数据交换，并根据单片机指令控制相应的外围器件，实现相应的功能。采用这种方式，CPLD作为单片机与外围电路的桥梁，被设计成单片机的协处理器，借助于该协处理器，单片机只用一条指令就可实现对外围器件的控制，可大幅节约单片机的机时。本实用新型的有益效果在于1、能够发挥单片机与CPLD各自优势，综合运用单片机技术和EDA技术，可简化电子系统设计；2、单片机与CPLD均可现场编程，系统使用方便灵活；3、电路模块齐全、可靠性好，可进行多种单片机协处理器设计实验，如LED动态显示协处理器、矩阵键盘协处理器、静态存储器访问协处理器、异步串行通信协处理器、A/D 转换协处理器、EEPROM访问协处理器、USB接口协处理器、温度测量协处理器、红外发送/接收接口协处理器等；4、配合软件不仅能满足教学的需要，还能直接进行电子工程应用设计。
图1是本实用新型的电路结构图。
具体实施方式
在图1中，电源电路20提供+5V和+3. 3V直流电源，供其它模块电路使用；单片机电路1中的单片机芯片采用4189551/52，其32根1/0引脚以及41^、乂1々1^1引脚均连接到CPLD电路2，并由CPLD电路为其提供工作时钟；CPLD电路2中的CPLD芯片采用 XCR3256TQ144；单片机电路1与单片机编程电路3连接，用户可通过单片机编程电路3向单片机芯片下载程序；CPLD编程电路4与CPLD电路2连接，用户可通过CPLD编程电路4向CPLD 芯片下载程序。时钟源电路5与CPLD电路2连接，为CPLD芯片提供工作时钟；A/D转换电路6与 CPLD电路2连接，其中的A/D转换芯片在CPLD的控制下，可将A/D转换的结果传输到CPLD ； 静态存储器电路7与CPLD电路2连接，提供3 字节的静态存储单元，在CPLD的控制下可对这些静态存储单元进行读写访问；EEPROM电路8与CPLD电路2连接，提供256字节的 EEPROM存储单元，在CPLD的控制下可对这些EEPROM存储单元进行读写访问；异步串行通信电路9与CPLD电路2连接，其功能是实现TTL电平与RS-232电平转换，通过该电路，可实现计算机与实验系统的异步串行通信；USB接口电路10与CPLD电路2连接，USB接口电路10中的USB接口芯片选用FTM5BL，通过该电路，可实现计算机与实验系统的USB通信； 温度测量电路11与CPLD电路2连接，在CPLD的控制下，可将温度测量数据传输到CPLD ； 红外发送电路12与CPLD电路2连接，在CPLD控制下，可发射一定频率的红外光；红外接收电路13与CPLD电路2连接，当其接收到38KHz的红外光时，向CPLD输出低电平，否则输出高电平，CPLD可据此接收从红外发光电路12传送的信息；LED静态显示电路14与CPLD电路2连接，由8个LED及相应电路构成，由CPLD控制LED的亮灭；LED动态显示电路15与 CPLD电路2连接，由4位共阴8段数码管及相应电路构成，由CPLD控制其动态刷新，从而显示信息；矩阵键盘电路16与CPLD电路2连接，由一个4X4矩阵键盘构成，可向CPLD发送键盘信号；蜂鸣器电路17与CPLD电路2连接，由CPLD控制其是否发出蜂鸣音；继电器控制电路18与CPLD电路2连接，由CPLD控制其开关；光电耦合输出电路19与CPLD电路2连接，由4路光电耦合器件构成，由CPLD控制其开关。 在软件的配合下，以上电路可实现一定的功能，教师或学生可利用该实验系统和一台计算机通过编程进行相应的实验。
权利要求1.一种单片机与CPLD协同设计实验系统，包括单片机电路和CPLD电路，其特征是单片机电路接CPLD电路，单片机电路接单片机编程电路，CPLD电路接CPLD编程电路，CPLD电路接时钟源电路、A/D转换电路、静态存储器电路、EEPROM电路、异步串行通信电路、USB接口电路、温度测量电路、红外发送电路、红外接收电路、LED静态显示电路、LED动态显示电路、矩阵键盘电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制电路、光电耦合输出电路。
2.根据权利要求1所述的一种单片机与CPLD协同设计实验系统，，其特征是单片机电路(1)中的单片机芯片采用AT89S51/52、CPLD电路(2)中的CPLD芯片采用)(CR3256TQ144、 USB接口电路(10)中的USB接口芯片采用FTM5BL。
专利摘要一种单片机与CPLD协同设计实验系统，包括单片机电路和CPLD电路，单片机电路接CPLD电路；单片机与CPLD各接编程电路；CPLD电路接时钟源电路、静态存储器电路、EEPROM电路、A/D转换电路、异步串行通信电路、USB接口电路、温度测量电路、红外发送电路、红外接收电路、LED静态显示电路、LED动态显示电路、矩阵键盘电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制电路、光电耦合输出电路。本实用新型具有单片机与CPLD均可现场编程、电路模块齐全、可靠性好、便于携带等优点。
文档编号G09B23/18GK202171888SQ20102064431
公开日2012年3月21日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者刘昶, 孙丽梅 申请人:沈阳理工大学
技术领域：
本实用新型涉及一种电子设计应用教学实验系统，特别提供了一种单片机与CPLD 协同设计的教学实验系统。
技术背景现有的电子设计实验系统大都是以某单一器件，如单片机、CPLD或FPGA为核心器件，其他外围电路均围绕该核心器件进行连接，形成单片机实验系统或EDA实验系统，基于这些实验系统只能进行单片机实验或EDA实验。由于单片机擅长进行事务处理，CPLD擅长进行逻辑处理，因此基于单片机与CPLD进行协同设计已经成为当前电子设计的趋势之一。现有的某些综合性实验系统，如李庆等研制的“基于S51单片机与CPLD的综合实验系统”(见《电气电子教学学报》2009年6月，第31卷第3期，75-77页)、程琼等研制的“基于 ISP技术的单片机与CPLD实验系统”(见《实验科学与技术》2009年2月，第7卷第1期， 71-72页)中虽然同时具有单片机和CPLD器件，但这些实验系统仍然采用单片机和CPLD分别连接外围电路的方式，因此不能充分体现单片机与CPLD的各自优势，无法进行比较全面的单片机与CPLD协同设计实验
实用新型内容
本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，提供了一种单片机与CPLD协同设计教学实验系统，以该实验系统为硬件平台，可进行单片机与CPLD协同设计的实验或电子工程设计。在此方案中，单片机作为核心芯片只与另一核心芯片CPLD进行连接，所有的外围功能电路均只与CPLD电路进行连接，不与单片机电路连接。基于这种结构的电子系统中，单片机只进行事务处理，不进行任何接口时序或逻辑处理，所有的时序和逻辑处理均由CPLD 完成，CPLD被设计成单片机的一个协处理器，采用这种结构可使单片机节省大量的机时用于处理更复杂的事务，充分发挥单片机和CPLD的各自优势，最终实现简化系统设计的目的。采用的技术方案是一种单片机与CPLD协同设计的教学实验系统，包括单片机电路和CPLD电路，单片机电路接单片机编程电路，CPLD电路接CPLD编程电路，CPLD电路接时钟源电路、A/D转换电路、静态存储器电路、EEPROM电路、异步串行通信电路、USB接口电路、温度测量电路、红外发送电路、红外接收电路、LED静态显示电路、LED动态显示电路、矩阵键盘电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制电路、光电耦合输出电路的信号输入端连接。在此方案中单片机电路中的单片机芯片采用AT89S51/52、CPLD电路中的CPLD芯片采用XCR3256TQ144、USB接口电路中的USB接口芯片采用FT245BL。除单片机编程电路外，单片机电路不与任何外围电路连接，只与CPLD电路连接， 单片机采用外部数据通信的方式与CPLD进行数据交换，即使用MOVX @DPTR，A指令向CPLD 发送数据，使用MOVX A，ODPTR指令从CPLD读取数据。CPLD根据单片机外部数据访问的时序实现与单片机的数据交换，并根据单片机指令控制相应的外围器件，实现相应的功能。采用这种方式，CPLD作为单片机与外围电路的桥梁，被设计成单片机的协处理器，借助于该协处理器，单片机只用一条指令就可实现对外围器件的控制，可大幅节约单片机的机时。本实用新型的有益效果在于1、能够发挥单片机与CPLD各自优势，综合运用单片机技术和EDA技术，可简化电子系统设计；2、单片机与CPLD均可现场编程，系统使用方便灵活；3、电路模块齐全、可靠性好，可进行多种单片机协处理器设计实验，如LED动态显示协处理器、矩阵键盘协处理器、静态存储器访问协处理器、异步串行通信协处理器、A/D 转换协处理器、EEPROM访问协处理器、USB接口协处理器、温度测量协处理器、红外发送/接收接口协处理器等；4、配合软件不仅能满足教学的需要，还能直接进行电子工程应用设计。
图1是本实用新型的电路结构图。
具体实施方式
在图1中，电源电路20提供+5V和+3. 3V直流电源，供其它模块电路使用；单片机电路1中的单片机芯片采用4189551/52，其32根1/0引脚以及41^、乂1々1^1引脚均连接到CPLD电路2，并由CPLD电路为其提供工作时钟；CPLD电路2中的CPLD芯片采用 XCR3256TQ144；单片机电路1与单片机编程电路3连接，用户可通过单片机编程电路3向单片机芯片下载程序；CPLD编程电路4与CPLD电路2连接，用户可通过CPLD编程电路4向CPLD 芯片下载程序。时钟源电路5与CPLD电路2连接，为CPLD芯片提供工作时钟；A/D转换电路6与 CPLD电路2连接，其中的A/D转换芯片在CPLD的控制下，可将A/D转换的结果传输到CPLD ； 静态存储器电路7与CPLD电路2连接，提供3 字节的静态存储单元，在CPLD的控制下可对这些静态存储单元进行读写访问；EEPROM电路8与CPLD电路2连接，提供256字节的 EEPROM存储单元，在CPLD的控制下可对这些EEPROM存储单元进行读写访问；异步串行通信电路9与CPLD电路2连接，其功能是实现TTL电平与RS-232电平转换，通过该电路，可实现计算机与实验系统的异步串行通信；USB接口电路10与CPLD电路2连接，USB接口电路10中的USB接口芯片选用FTM5BL，通过该电路，可实现计算机与实验系统的USB通信； 温度测量电路11与CPLD电路2连接，在CPLD的控制下，可将温度测量数据传输到CPLD ； 红外发送电路12与CPLD电路2连接，在CPLD控制下，可发射一定频率的红外光；红外接收电路13与CPLD电路2连接，当其接收到38KHz的红外光时，向CPLD输出低电平，否则输出高电平，CPLD可据此接收从红外发光电路12传送的信息；LED静态显示电路14与CPLD电路2连接，由8个LED及相应电路构成，由CPLD控制LED的亮灭；LED动态显示电路15与 CPLD电路2连接，由4位共阴8段数码管及相应电路构成，由CPLD控制其动态刷新，从而显示信息；矩阵键盘电路16与CPLD电路2连接，由一个4X4矩阵键盘构成，可向CPLD发送键盘信号；蜂鸣器电路17与CPLD电路2连接，由CPLD控制其是否发出蜂鸣音；继电器控制电路18与CPLD电路2连接，由CPLD控制其开关；光电耦合输出电路19与CPLD电路2连接，由4路光电耦合器件构成，由CPLD控制其开关。 在软件的配合下，以上电路可实现一定的功能，教师或学生可利用该实验系统和一台计算机通过编程进行相应的实验。
权利要求1.一种单片机与CPLD协同设计实验系统，包括单片机电路和CPLD电路，其特征是单片机电路接CPLD电路，单片机电路接单片机编程电路，CPLD电路接CPLD编程电路，CPLD电路接时钟源电路、A/D转换电路、静态存储器电路、EEPROM电路、异步串行通信电路、USB接口电路、温度测量电路、红外发送电路、红外接收电路、LED静态显示电路、LED动态显示电路、矩阵键盘电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制电路、光电耦合输出电路。
2.根据权利要求1所述的一种单片机与CPLD协同设计实验系统，，其特征是单片机电路(1)中的单片机芯片采用AT89S51/52、CPLD电路(2)中的CPLD芯片采用)(CR3256TQ144、 USB接口电路(10)中的USB接口芯片采用FTM5BL。
专利摘要一种单片机与CPLD协同设计实验系统，包括单片机电路和CPLD电路，单片机电路接CPLD电路；单片机与CPLD各接编程电路；CPLD电路接时钟源电路、静态存储器电路、EEPROM电路、A/D转换电路、异步串行通信电路、USB接口电路、温度测量电路、红外发送电路、红外接收电路、LED静态显示电路、LED动态显示电路、矩阵键盘电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制电路、光电耦合输出电路。本实用新型具有单片机与CPLD均可现场编程、电路模块齐全、可靠性好、便于携带等优点。
文档编号G09B23/18GK202171888SQ20102064431
公开日2012年3月21日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者刘昶, 孙丽梅 申请人:沈阳理工大学
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