一种利用cpld实现端口扩展的单片机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种单片机控制模块，具体是一种利用CPLD芯片实现控制系统端口扩展的单片机控制模块，属于电子技术领域。
【背景技术】
[0002]单片机控制系统在智能控制电路设计领域应用非常广泛，在我国单片机可说是电子设计的主角，单片机控制系统具有设计简单，控制灵活，设计开发语言(C语言)普及等诸多优点，但是单片机控制系统也存在显见的缺点:(I)工作速度低，通常只能工作在μ S级；
[2]此外工作可靠性低，某些情况下瞬间的复位也会造成严重后果，因此单片机控制系统需要使用大量的数字电路与之配合完成某些功能；(3)在设计较复杂的应用领域，特别突出的问题是:单片机输入输出端口数量有限，因此为了进行系统扩展必须使用大量的数字芯片作为端口扩展器件，例如在LED显示屏驱动电路的设计中这种情况表现得尤为突出。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是:怎样提供一种工作速度，工作稳定性较纯单片机控制系统优异，并且能够实现端口扩展的单片机控制模块。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案。
[0005]一种利用CPLD实现端口扩展的单片机控制系统，其特征在于:包括单片机和CPLD芯片，所述单片机通过SPI串行通信接口与CPLD芯片实现电连接:单片机的第一输入输出口与CPLD芯片的第一输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输入线SDI ;单片机的第二输入输出口与CPLD芯片的第二输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输出线SDO ；单片机的第三输入输出口与CPLD芯片的第三输入输出口相连接，连接线记为时钟信号线SCLK ;单片机的第四输入输出口与CPLD芯片的第四输入输出口相连接，连接线记为从设备使能信号线CS。
[0006]进一步的，所述单片机通过串口与计算机相连接。
[0007]相比现有技术，本实用新型具有如下优点:
[0008]本实用新型中，单片机和CPLD芯片之间采用SPI串行通信接口进行电连接，这既实现了单片机和CPLD之间的通信，又实现了较高的设计灵活性:一方面，CPLD芯片具有大量的输入输出口资源，通常具有至少36个输入输出口，由于单片机和CPLD之间为SPI串行通信连接，因此单片机能通过SPI串行数据传输实现对CPLD的输入输出端口的扩展利用；另一方面，CPLD属于一种集成度非常高的数字芯片，其可实现复杂的数字电路设计，因此单片机控制系统设计中原本需要单独的中规模数字集成电路实现的功能便可使用CPLD实现，这使得整个单片机控制系统的工作速度和工作可靠性都得到了提升。因此相比纯粹的以单片机为唯一控制核心的控制模块相比，本实用新型具有工作速度快，工作稳定性高，并且能够实现系统端口扩展的优点。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的电路结构图；
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0011]通常的单片机控制系统的核心部分是以单片机芯片的最小系统，也即是包括单片机、时钟电路和复位电路三部分，单片机通常具有16个输入输出端口管脚，在硬件设计上通常最小系统会与大量数字芯片相配合实现各种功能，如【背景技术】所分析这种硬件构架往往存在速度低，稳定性差，并且使用大量数字芯片用于扩展单片机端口或者实现其他功能，因此PCB板的面积和布线难度都会增大，并且设计可靠性和设计效率都会受到限制。
[0012]如图1所示，本实用新型一种利用CPLD实现端口扩展的单片机控制系统则采用如下硬件构架:
[0013]控制系统包括单片机和CPLD芯片。单片机通过SPI串行通信接口与CPLD芯片实现电连接，实现上述通信连接的基础是:单片机作为一种智能控制芯片可以模拟SPI控制时序，今而实现单片机SPI总线向CPLD芯片发送数据和命令来控制CPLD内部数字逻辑单
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[0014]具体电路连接关系是:单片机的第一输入输出口与CPLD芯片的第一输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输入线SDI ;单片机的第二输入输出口与CPLD芯片的第二输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输出线SDO ;单片机的第三输入输出口与CPLD芯片的第三输入输出口相连接，连接线记为时钟信号线SCLK ;单片机的第四输入输出口与CPLD芯片的第四输入输出口相连接，连接线记为从设备使能信号线CS。
[0015]总之单片机的四个输入输出口与CPLD芯片的四个输入输出口分别对应相连接，由单片机产生SPI工作时序实现单片机与CPLD芯片之间的SPI通信接口，从而完成两者之间数据的传输。
[0016]具体的单片机可选用MCS51系列，CPLD芯片可采用EPM7032S型CPLD芯片实现。
[0017]本实用新型的工作原理是:单片机产生SPI工作时序实现单片机与CPLD芯片之间的SPI通信接口，这种通信方式至少具有根4线(只需要单向通信时3根线也可实现)，具体的分别是:1、从设备数据输入线SDI，也是主设备数据输出线；2、从设备数据输出线SDO，也是主设备数据输入线；3、时钟信号线SCLK，时钟信号由主设备产生；4、从设备使能信号线CS。
[0018]主设备和从设备之间进行同步串行数据传输，在主设备的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，地位在后，为全双工通信，简单高效。
[0019]在本实用新型中单片机为主设备，CPLD为从设备，CPLD在接收到单片机的数据后可以首先暂存，然后用于CPLD内部数字逻辑单元的控制或者数据输入。一方面，EPM7032S芯片有36个I/O 口，除去用于和单片机通信的4个端口，还有32个端口可以使用，这足可满足大部分对于端口扩展设计的需求；另一方面CPLD为大规模可编程数字集成电路，内部具有大量数字逻辑单元，通过硬件描述语言或者原理图调用设计均可实现复杂稳定的数字逻辑，从而为整个系统提供高速、稳定的硬件基础。
[0020]此外，关于工作时钟可采用如下方案解决:利用外部时钟电路为CPLD芯片提供工作时钟，CPLD芯片内部工作时钟信号经过CPLD内部分频模块分频后提供给单片机作为工作时钟使用，这样就可以进一步简化电路设计。
[0021]单片机还通过其串口实现与计算机的通信，这样CPLD —些处理结果可通过从设备数据输出线SDO输入单片机，单片机通过串口传送至计算机，这可满足些数据测量领域的应用中对数据进行进行显示分析的需求。
[0022]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种利用CPLD实现端口扩展的单片机控制系统，其特征在于:包括单片机和CPLD芯片，所述单片机通过SPI串行通信接口与CPLD芯片实现电连接:单片机的第一输入输出口与CPLD芯片的第一输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输入线SDI ;单片机的第二输入输出口与CPLD芯片的第二输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输出线SDO ；单片机的第三输入输出口与CPLD芯片的第三输入输出口相连接，连接线记为时钟信号线SCLK ;单片机的第四输入输出口与CPLD芯片的第四输入输出口相连接，连接线记为从设备使能信号线CS。2.根据权利要求1所述的一种利用CPLD实现端口扩展的单片机控制系统，其特征在于，所述单片机通过串口与计算机相连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用CPLD实现端口扩展的单片机控制系统，包括单片机和CPLD芯片，单片机通过SPI串行通信接口与CPLD芯片实现电连接：单片机的第一输入输出口与CPLD芯片的第一输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输入线SDI；单片机的第二输入输出口与CPLD芯片的第二输入输出口相连接，连接线记为从设备数据输出线SDO；单片机的第三输入输出口与CPLD芯片的第三输入输出口相连接，连接线记为时钟信号线SCLK；单片机的第四输入输出口与CPLD芯片的第四输入输出口相连接，连接线记为从设备使能信号线CS。本实用新型具有工作速度快，工作稳定性高，并且能够实现系统端口扩展的优点。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN204650202
【申请号】CN201520305660
【发明人】郑 和, 刘修军, 况君, 林稳章
【申请人】重庆电讯职业学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月6日