基于FPGA的單片機外圍接口電路設(shè)計

2 系統(tǒng)模塊實現(xiàn)

2.1 通用邏輯模塊

FPGA可以設(shè)計成各種組合邏輯和時序邏輯電路，完成鎖存、三態(tài)輸出、多路選擇、編譯碼、計數(shù)、寄存等功能。在實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要選擇相應(yīng)的功能模塊組成符合設(shè)計要求的邏輯功能。

本系統(tǒng)中設(shè)計的為擴展存儲器時用的地址鎖存器（功能與帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器

74LS373相似），其 VHDL描述為： process(oe,enable,d) begin if e='1' then

q=ZZZZZZZZ;

else if enable='1' then q=d; end if;

end if;

end procESS; 其中oe為三態(tài)門的使能信號，當(dāng) oe為低電平時三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許q輸出到外部，當(dāng) oe為高電平時三態(tài)門處于斷開狀態(tài)，輸出處于浮空狀態(tài)； enable為鎖存控制信號，當(dāng)做鎖存器用時，應(yīng)使oe為低電平，這時，當(dāng) enable為高電平時，鎖存器輸出狀態(tài)與輸入狀態(tài)相同，當(dāng)enable從高電平返回到低電平（即下降沿）時，輸出不變，即輸入端的數(shù)據(jù)鎖入鎖存器中。

2.2 鍵盤接口模塊鍵盤是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中一個很重要的部件，它能實現(xiàn)向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功 能，是人工干預(yù)系統(tǒng)工作的重要手段。本文所設(shè)計的鍵盤接口電路框圖如圖2所示，由分頻電路、鍵盤掃描計數(shù)器電路、鍵盤按鍵檢測電路、按鍵抖動消除電路和鍵盤編碼電路等組成。

其中clock為時鐘脈沖， col為鍵盤的列輸入，row為鍵盤的行輸出，scan_f為掃描頻率， key_valid為按鍵確定信號，butt_code為按鍵值。首先，將外部時鐘信號分頻為適合鍵盤的掃描頻率；計數(shù)器的計數(shù)值輸出到按鍵檢測電路，檢測使用者是否按下鍵盤，同時輸出到鍵盤編碼電路對鍵盤數(shù)值編碼；當(dāng)使用者按下鍵盤時，按鍵檢測電路的 key_pressed將為0，并輸出到計數(shù)器使計數(shù)停止，同時抖動消除電路在確認(rèn)使用者正確按鍵后，輸出按鍵確定信號。

2.3 顯示接口模塊

顯示功能是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中實現(xiàn)人機對話的基本功能之一，用戶通過靈活的顯示方式方便的了解系統(tǒng)的工作情況。在簡單的應(yīng)用系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管或LCD顯示器顯示數(shù)據(jù)或工作狀態(tài)。本文設(shè)計的為一個4位七段動態(tài) LED數(shù)碼管顯示接口電路，電路框圖如圖3所示，它由BCD多路選擇器、BCD對應(yīng)七段顯示器編碼電路、計數(shù)譯碼電路和七段顯示器掃描電路等組成。其中clk為同步時鐘脈沖信號， flk_ena為掃描時鐘脈沖信號， bcd_data為輸入的BCD碼，ledseg為七段顯示器數(shù)值輸出， ledcom為七段顯示器輸出使能。

2.4 串并行接口模塊

雖然大多數(shù)單片機都帶有通用的串行接口，但自行設(shè)計的接口意味著更大的使用靈活性，特別是FPGA的高速特性允許更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，在實用中有重要意義。作為范例， 本文設(shè)計了基于RS232-C標(biāo)準(zhǔn)的異步串行通信接口，它主要由數(shù)據(jù)總線接口、控制邏輯、波特率發(fā)生器、發(fā)送和接收等部分組成，其功能主要包括微處理器接口，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彌_器（Buffer）、幀產(chǎn)生、奇偶校驗、并轉(zhuǎn)串，用于數(shù)據(jù)接收的緩沖器、幀產(chǎn)生、奇偶校驗、串轉(zhuǎn)并等。