CPLD（复杂可编程逻辑电路）是一种具有丰富的可编程I/O引脚的可编程逻辑器件，具有在系统可编程、使用方便灵活的特点；不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能。把CPLD应用于嵌入式应用系统，同单片机结合起来，更能体现其在系统可编程、使用方便灵活的特点。CPLD同单片机接口，可以作为单片机的一个外设，实现单片机所要求的功能。例如，实现常用的地址译码、锁存器、8255等功能；也可实现加密、解密及扩展串行口等单片机所要求的特殊功能。实现了嵌入式应用系统的灵活性，也提高了嵌入式应用系统的性能。

2 Xilinx公司的可编程逻辑器件

Xilinx公司的XC9500系列可编程逻辑器件是一款高性能、有特点的可编程逻辑器件。它的系统结构如图1所示。从结构上看，它包含三种单元：宏单元、可编程I/O单元和可编程的内部连线。它的主要特点是：

①高性能。在所有可编程引脚之间pin-pin延时5ns；系统的时钟速度可达到100MHz。

②容量范围大。Xilinx公司的XC9500系列可编程逻辑器件的容量范围为36～288个宏单元；可用系统门为800～6400个。

③5V在系统可编程。可以编程10000次。

④具有强大的强脚锁定能力。

⑤每个宏单元都有可编程低功耗模式。

⑥没有用的引脚有编程接地能力。

Xilinx的XC9500系列可编程逻辑器件的主要性能如表1所列。

3 CPLD同单片机接口设计

CPLD同单片机接口原理如图2所示。

CPLD同单片机接口设计中，单片机采用Atmel公司的AT89C52，CPLD采用Xilinx公司的XC95216。该CPLD芯片结构及性能见图1和表1。AT89C52通过ALE、CS、RD、WE、P0口（数据地址复用）同XC95216芯片相连接。

表1 Xilinx XC9500t系列器件

项 目 XC9536 XC9572 XC95108 XC95144 XC95216 XC95288 寄存器/个 36 72 108 144 216 288 可用门数/个 800 1600 2400 3200 4800 6400 宏单元数/个 36 72 108 144 216 288 fPD/ns 5 7.5 7.5 7.5 10 10 tSU/ns 3.5 4.5 4.5 4.5 6.0 6.0 tCO/ns 4.0 4.5 4.5 4.5 6.0 6.0 fCNT/MHz 100 125 125 125 111.1 111.1 fSYSTEM/MHz 100 83.3 83.3 83.3 66.7 66.7

注：fCNT=16位计数器最高工作频率；fSYSTEM=整个系统的最高工作效率。

ALE：地址锁存信号。

CS：片选信号。

RD：读信号。

WR：写信号。

AD0～AD7：数据地址复用信号。

本例的设计思想是，在XC95216设置两个控制寄存器，通过单片机对两个控制寄存器的读写来完成对其它过程的控制。

XC95216设置的两个控制寄存器，可以作内部寄存器，也可以直接是映射为I/O口。

图2 XC9516同单片机接口原理图

4 CPLD同单片机接口设置结果

本例中，使用Xilinx公司提供的Fundation ISE 4.2i+Modelsim 5.5f软件实现设计。实现设计的源文件模块如下：

/**************************

//MCU和XC95216接口程序

//目的：MCU读写XC95216

/**************************/

module mcurw(MCU_DATA,ALE,CS,RD,WE,CONREG1,CONREG2);

inout[7:0]MCU_DATA;//单片机的地址数据复用信号

output[7:0]CONREG1，CONREG2；//内部控制寄存器

input ALE; //单片机的地址锁存信号

input CS; //单片机的片选信号

input RD; //单片机的读信号

input WE; //单片机的写信号

reg[7:0]LAMCU_DATA; //内部控制寄存器

r

eg[7:0]ADDRESSREG; //内部地址锁存寄存器

reg[7:0]CONREG1; //内部控制寄存器

reg[7:0]CONREG2; //内部控制寄存器

assign MCU_DATA=RD?8'bzzzzzzzzAMCU_DATA;

initial //寄存器初始化

begin

LAMCU_DATA<=0；

ADDRESSREG<=0;

CONREG1<=0；

CONREG2<=0；

end

always@(negedge ALE)

begin

ADDRESSREG<=MCU_DATA; //地址锁存

End