cpld和单片机电子设计领域的单片机CPLD自动化控制|技术文档|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

电子设计领域的单片机CPLD自动化控制

1 纯单片机系统优缺点

①大量单片机/CPLD的外围芯片和接口电路使得单片机应用系统的设计变得简单而且快捷，新型单片机的上市和高级语言的支持（如C51）进一步延长了单片机的寿命。

②长期稳定的发展和使单片机性价比非常高，而且单片机/CPLD积累了大量的资料并拥有了大量的工程技术为员。这一点是CPLD目前难以达到的。

但是，单片机的缺点也有目共睹：

①低速。即使是高速度单片机也只能工作在μs级，这是由单片机串行工作的特点所决定的。

②低可靠性。虽然单片机/CPLD目前有很多器件与设计在一定程序上解决了部分问题，如看门狗的广泛应用，但在某些情况下瞬间的复位也会造成严重后果。

2 纯CPLD设计的优缺点

即使单纯单片机/CPLD的单片机结构能完成的功能，在某些情况下也宁可使用纯数字电路完成。而当前开始流行的CPLD，则不但克服了单片机的缺点，而且由于可采用VHDL语言编程，进一步单片机/CPLD打破了软硬件工程师的界限，加速了产品的开发过程，使纯数字电路的设计变得简单。人们甚至在讨论用C作为下一代硬件描述语言。

难怪有专家指出，电子设计的单片机时代即将过去，而以PLD为核心的EDA（电子设计自动化）将是单片机/CPLD未来设计的方向。由于超大规模集成电路技术的发展，单片PLD芯片上已经可以集成上百万门，就系统规模而言，将单片机设计在内也没什么问题。美国的可编程器件厂商已经以软核和硬核嵌入两种形式（将单片机电路嵌入PLD）为设计人员提供帮助。PLD器件取代单片机是早晚的事。但是，在我国当前的普遍应用中，单纯依靠PLD器件还有点早，原因如下：

①由于历史单片机/CPLD的原因，我国的电子设计人员大部分应用的是MCS51系列单片机，还没听说哪家公司提供软核或硬核集成。而让这么多人改学其它系列单片机还需要一段时间，而且原有的程序更使人不愿改动。

②单片机价格低廉，而PLD如果增加单片机内核的话，至少在目前形势下价格会比较昂贵。

所以，由于单片机和PLD的互补性，利用单片机加PLD的结构至少在近期内将一种较好的选择。下面通过作者设计的实例，介绍MCS51+EMP703S结构体系的特点及注意事项。

3 单片机+CPLD结构体系设计实例

本设计用于单片机/CPLD自动化控制.

对于一个熟悉单片机系统设计的工程师而言，上述设计不会有技术上的困难，问题在于：

①要用两个全双工串口;

②要求比较多的输入输出口。如果用传统设计方法，势必要用比较多的芯片，电路板的设计也较麻烦，一旦设计有误，必须重新设计整个电路板，费时、费力、费钱。而采用MCS51+EMP7032S设计后，基本上做到了模块化设计，电路的修改只是编程而已。从开始设计到定型所用的时间，基本上就是制作电路板的时间。由于设计了输出信号锁存，完全避免了单片机程序跑飞和看门狗复位所引起的输出的跳变，这时设备完全至关重要。图2是设计原理电路图。

简述单片机和FPGA的区别

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。用一句话描述就是麻雀虽小五脏俱全，可以说是一个微型电脑，而它所执行的命令就是你所写的程序。

FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。简单来说为可用电脑编译的数字逻辑芯片，而你所写的代码其实是在描述一个数字逻辑电路。

两者差别最大的是运行速度，由于后者是硬件电路，所以其速度直接取决于晶振，所以它具有运行稳定，抗干扰性强，适用于高速运行电路。

在学起来的单片机相对来说会容易很多，价格也较便宜，一些基本的算法几乎都能满足，部分单片机系列运行速度高达300M（51但单片机12M左右），再加上ARM芯片的发展，很多需要高速运行的部分都会用到，像图像处理传输等。

STM32

单片机入门不是很难，网上有很多家销售，并带有配套视频，编译语言也是我们熟悉的C语言，只要比这教程去学，学会是不会很难，硬件要求也不是很高，由于单片机学起来比较容易，所以有很多朋友从STM32开始学习，这也是可以的。

但FPGA就相对来说就难很多，由于其编译语言为Verilog，这个语言一般接触不到，但如果你有编程基础，相对来说还是容易点，现在网上也有销售的，但不是很多，资料也不是很全，目前只有部分配套教材视频，但赠送的资料还是能够让你入手，学的深度这得看个人了，至于FPGA网上也有销售，给大家推荐一款FPGA开发版，价格比较合理，有了合理的开发版和配套资料学起来就容易多了。

FPGA

再深入说一下单片机：单片机是一个微型计算机，和PC相比增加了IO口，由于其体积小，所以增加了携带便利性和学习性，同时学习单片机还可以学习硬件知识。单片机也可简单理解为在小电脑上写程序，其思路也跟电脑编译相似，也同样追求算法的效率和稳定性，对于在校大学生来说，如果经常参加一些电子类比赛那么STM32是必须要学的，像知名度比较高的全国大学生电子设计大赛还会要求使用MSP430。

FPGA由于是以硬件描述的语言，所以学起来需要一定的硬件基础，在使用中还有要求会一些电路设计，经过简单的综合与布局，快速下载到开发版上进行测试是现代IC设计验证主流，在大多数FPGA中、这些可编译元件也包含记忆元件，设计师可以根据可编程的连接把FPGA内部逻辑块连在一块，就像一个电路放在一个芯片里。通常情况下FPGA运行速度要比ASIC速度要慢，因此同样的功能，在个头上要比后者大，除了这些还具有比较差的可编译性。