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CPLD
CPLD
基于单片机与CCPPLLDD的无线控制系统
摘要:介绍一种基于单片机与CPLD结合的传感器网络节点的无线控制系统。节点中单片机
对无线命令进行译码,并对外围子模块进行控制,CPLD扩展控制系统的并行I/O端口、
SPI串行接口等,从而根据系统需要可扩展无线传感网络节点的外围功能模块。采用单片机
与CPLD模块化设计方法,降低了设计成本,方便电路的多次改进,为传感器网络节点在不
同场合的应用提供了一种通用的方法。
0 引 言
自单片机引入我国以来,相关产品的普及促使单片机的应用设计日益广泛。传统的单片
机控制系统由单片机以及外围扩展芯片组成,但是这些外,围芯片一般具有接线重复性高、
体积大等缺点。可编程逻辑宏单元或逻辑块之间的相互连线在同一封装内,受外界干扰影响
小,电磁兼容(EMC)性能好。对设计者来说,CPLD器件最大的优点在于可现场编程,改变
逻辑关系时,无需更改外部线路板,只需用图形语言程序或硬件描述语言程序来改变电路,
生成下载编辑软件,通过下载电缆输入CPLD器件即可,非常方便,特别有利于新品试制,
大大缩短了开发周期。使用CPLD和单片机结合构成其外围电路可以减少系统芯片数量,缩
小系统体积,提高系统可靠性。
1 控制系统
该系统是一个无线传感器网络节点的控制系统,它用于控制无线模块接收主站发送过来
的信息,单片机读取这些数据并译码后,根据译码结果控制各功能子模块,如无线模块控制、
温度采集控制、电源管理控制、时间统一信号控制等功能,共需要28个输出控制I/O口,
13个输入控制I/O口,扩展I/O端口分配8个。各外围模块通过SPI串行标准接口的扩展
与单片机和CPLD进行通信,并完成数据传输控制功能。各外围模块只需接受MCU的控制
命令,即可独立完成外围模块各自的功能:无线模块的收发、数据采集A/D转换、时间统
一记录、电源管理等。同时预留单片机通过USART的串口输出,另外,还需要此系统具有
很好的扩展性,通过扩展外围模块来增加节点不同的功能。系统设计要求如图1所示。
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根据设计要求,单片机系统要8b的UART串行输出以及SPI串行输入输出,同时为了
完成各种控制功能,单片机必须至少扩展7个I/O端口。如果使用传统的扩展方法,在输
出速率要求不高的情况下,并行接口通常使用8255传统的微处理器接口芯片来扩展。
但是,这些芯片都是40脚DIP封装,体积庞大,并且每片最多只能扩展3个8bI/O端
口,还要考虑8255中A,B,C口是作为输入口还是输出口。当需要的控制端口较多时,不
得不用多个这种专用芯片。这时需重复连接多片8255的8位数据线、单片机读/写信号线、
ALE,CS(片选)和A0,A1信号线,增加了单片机硬件、软件的设计难度,也就造成电路复
杂、控制不便、可靠性降低,而且增大了电路的功耗、体积和重量。同时接口芯片提供的端
口数未必与实际需要的端口数相等,不能根据实际情况分配I/O端口的数量,容易造成芯
片部分资源的浪费。而CPLD具有丰富的可编程I/O引脚,并且由于其在系统可编程的特
点,设计者能够自己定义器件的内部逻辑和管脚,扩展电路也具有可编程设计的特点,方便
电路的多次改进,降低了设计成本。
2 单片机与CPLD
AVR单片机,采用精简指令集CPU(RISC),具有高性能,处理速度快(1 MIPS/MHz),
成本低,包括FLASH程序存储器、看门狗、E2PROM、同/异步串口、SPI、ADC、定时器
/计数器,众多的中断系统,集成多种功能,具有低功耗抗干扰的休眠模式。
复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable LogicD
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