单片机与fpgacpld总线接口逻辑设计.pdf

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1、匿亘鎏塑雯受墅变亘羽单片机开发与应用文章编号：1 0 0 8-0 5 7 0(2 0 0 8)1 0-2-0 1 2 1-0 3单片机与F P G A C P L D 总线接口逻辑设计L o g i cD e s i g nf o rB u sI n t e r f a c eo fM C S-51M i c r o p r o c e s s o ra n dF P G A C P L D(1 西华大学；2 中国科学院光电技术研究所)游志宇l 董秀成1 杜杨2 张洪1Y O UZ h i-y uD O N GX i u c h e n gD UY a n gZ H A N GH o n g摘

2、要：设计一种基于M C S 一5 1 单片机与F P G A C P L D 的总线接口逻辑，实现单片机与可编程逻辑器件数据与控制信息的可靠通信，使可编程逻辑器件与单片机相结合，优势互补，组成灵活的、软硬件都可现场编程的控制系统。在设计中采用V H D L 语言，实现M C S 一5 1 单片机与F P G A C P L D 的总线接口逻辑设计。试验表明，该总线接口逻辑工作稳定、可靠，使M C S 一5 1 单片机与F P G A C P L D 能够完美结合。关键词：单片机；可编程逻辑器件；F P G A C P L D；总线；接口；V H D L中图分类号：T P 3 6 8 1文献标识

3、码：AA b s t r a c t：D e s i g nat y p eo fB u sI n t e r f a c el o g i cb a s e dO nM C S 一51m i c r o p r o c e s s o ra n dF P G A C P L D t or e a l i z et h er e l i a b l ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h em i c r o p r o c e s s o ra n dt h eP L D，a n dt oc o m b i n et h eP L Da n dm

4、 i c r o p r o c e s s o r，w i t ht h ep u r p o s eo ff o r m i n gac o n t r o l l i n gs y s t e mi nw h i c hs o f t w a r ea n dh a r d w a r ec a l lb eb o t hp r o g r a m m e dw i t hf i e l d w o r k I nt h i sw a y t h e yc a nm a k eu pe a c ho t h e r Sa d v a n t a g e s V H D Ll a n g

5、u a g ei sa p p l i e di nt h i sd e s i g n t or e a l i z et h eB u sI n t e r f a c el o g i cd e s i g no fM C S-51m i c r o p r o c e s s o ra n dF P G 刖C P L D 1 h ee x p e r i m e n t sp r o v e dt h a tt h i si n t e r f a c eW O r k ss t a b l ya n dr e l i a b l y a n dc a ne n a b l et h

6、eM C S 一51m i c r o p r o c e s s o ra n dF P G A C P L Dt oc o m b i n ep e r f e c t l y K e yw o r d s：M i c r o p r o c e s s o r；P L D；F P G A C P L D；B u s；I n t e r f a c e；V H D L1 引言长期以来单片机以其性能价格比高、体积小、功能灵活、可靠性高，且易于人机对话和良好的数据处理能力等方面所具有的独特优点被广泛的应用在各领域。但受其内部资源的限制，在很多应用中，单片机需要在片外扩展相关资源。如程序存储器，

7、数据存储器，1 0 口以及中断源等。随着可编程逻辑器件f P L D l 及E D A 技术的发展，在系统设计中经常会用到F P G A C P L D 来扩展单片机的相关资源，使其有机结合，缩短开发周期，适应市场需要。F P G M C P L D 具有高速、高可靠以及开发便捷、规范等优点，在功能上与单片机有很强的互补性。以此两类器件相结合的电路结构在许多高性能仪器仪表和电子产品中被广泛应用。基于这种需求，我们设计了M C S 一5 1 单片机与F P G A C P L D 的总线接口逻辑，实现单片机与F P G A C P L D 数据与控制信息的可靠通信，使F P G M C P L

8、D 与单片机优势互补，组成灵活的、软硬件都可现场编程的控制系统。2 单片机与F P G A C P L D 的接口方式单片机与F P G M C P L D 的接口方式一般有两种，即总线方式与独立方式。2 1 总线方式M C S 一5 1 单片机具有很强的外部总线扩展能力，利用片外三总线结构，即数据总线、地址总线、控制总线很容易实现单片机与F P G M C P L D 的总线接口。其基本原理框图如图1 所示。单片机与F P G M C P L D 以总线方式通信，重要的是要详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构，其游志宇：硕士研究生通信的时序必需遵循单片机内同定的总线方式读，

9、写时序。F P G M C P L D 的逻辑设计也相对比较复杂，在程序设计上必须与接口的单片机程序相结合，严格安排单片机能访问的1 0 空间。但是，单片机以总线方式与F P G A C P L D 进行数据与控制信息通信也有许多优点：(1)速度快。其通信工作时序是纯硬件行为，对于M C S 一5 1单片机，只需一条单字节指令就能完成所需的读写时序，如：M O V D P I R，A；M O VA，D P I l R；(2)节省P L D 芯片的Y O 口线。仅通过1 9 根I O 口线，就能在F P G A C P L D 与单片机之间进行各种类型的数据与控制信息交换。(3)相对于非总线方式

10、，单片机编程简捷，控制可靠。(4)在C P L D F P G A 中通过逻辑切换，使单片机易于与S R A M或R O M 接口。这种方式有许多实用之处，如利用类似于微处理器系统的D M A 的工作方式，首先由F P G M C P L D 与接口的高速器件进行高速数据采样，并将数据暂存于S R A M 中，采样结束后，通过切换，使单片机与S R A M 以总线方式进行数据通信，以便发挥单片机强大的数据处理能力。罡冈_ _ _ 一!P 1其他，卜羞丹1 2船设鲁图1 总线方式原理框图图2 独立方式原理框图2 2 独立方式与总线接口方式不同，几乎所有单片机都能以独立接口方式与F P G A C

11、 P L D 进行通信，其通信的时序方式可由所设计的m$1 控N I 邮局订阅号：8 2 9 4 63 6 0,L 牟-一1 2 1 万方数据单片机开发与应用中文核心期刊微计算机信息(嵌入式与S O C)2 0 0 8 年第2 4 卷第1 0-2 期!I I I I!詈!曼!曼!曼詈鼍!曼!曼!曼!软件自由决定，形式灵活多样。其最大的优点是F P G M C P L D 中态缓冲器，实现P 0 口的三态接口；又因为M C S 一5 1 单片机在访的接口逻辑无需遵循单片机内固定总线方式的读，写时序。问外部空间时，它的地址为1 6 位的，因此我们借助地址锁存使F P G A C P L D 的逻辑

12、设计与接口的单片机程序设计可以分先后能信号A L E 在F P G M C P L D 中实现高8 位与低8 位地址的编相对独立地完成。事实上，目前许多流行的单片机已无总线工码，组合成1 6 位地址，然后在根据M C S 一5 1 单片机的读写信作方式，采用独立方式可以很好的使它们与F P G M C P L D 结合。号，实现对F P G M C P L D 的读写操作。独立方式的接口设计方法比较简单，其基本原理框图如图2 所3 2 总线接口设计示。直接将单片机的I O 端口线与F P G M C P L D 的l O 相连即可。通过对M C S-5 1 单片机总线读，写时序的分析，在此设计

13、_ 二3 总线接口逻辑设计由于单片机以总线方式与F P G A，C P L D 进行数据与控制信息通信有许多优点，因此在设计中单片机与F P G M C P L D 接口采用总线方式。3 1 接口设计思想对M C S 一5 1 单片机与F P G M C P L D 以总线方式通信的逻辑接口设计，应该详细了解M C S 一5 1 单片机的总线读，写时序，并根据时序图来设计逻辑结构。M C S-5 1 单片机总线读，写的时序图如图3 所示，其时序电平变化速度与单片机工作时钟频率有关。图中C L K 为单片机时钟信号；A L E 为地址锁存使能信号，在读写周期开始后，C P U 把低8 位地址送到

14、P 0 口总线上，把高8 位地址送到P 2 口总线上，可利用A L E 下降沿将低8 位地址锁存于地址锁存器中，而高8 位地址信息一直锁存在P 2 口锁存器中；同时单片机利用读指令允许信号P S E N 的低电平从R O M 中将指令从P o 口读人，由时序图可见，其指令读人的时机是在P S E N 的上升沿之前。接下来，由P 2 口和P o 口分别输出高8 位和低8 位数据地址，并由A L E 的下降沿将P 0 口的低8 位地址锁存于地址锁存器。然后根据读写信号的状态读写外部数据，把数据送到P O 口总线上从图中可以看到，数据读写的时机是在读，写信号的上升沿之前，将数据读入单片机或写入被寻址

15、的地址单元。当读，写信号变为无效电平后，P o 口总线变为悬浮状态，为下次总线读，写做好准备。s l；9 2 9 3 s i$5 1 5 6 iS t is 2 ls 3 s s 5；s 6 l伽n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n 呷mn 鳖广1厂括兜许F 丽n 厂一一片一t 写免许n，靠 墅亟厂一打量I 卜u t-I p un 二二(i i i)C 二万i 面二=二)C=二二肿_ 1 0 H C=卜C=卜C HA T-A O 擅A T A OA T-A Ot t 括tt 0 位譬tt t 鼍鼍图3M C S 一5 1 单片机总线读写

16、时序图4M C S-5 1 单片机与F P G M C P L D 总线接1 3 框图通过对M C S-5 1 单片机总线读，写时序的分析，我们可以在F P G M C P L D 中设计一个总线接口模块，实现单片机三总线信号的编码。由于在总线应用时，M C S 一5 1 单片机的P O 口是作为地址，数据总线分时复用的，因此应在总线接口模块中设计一个三个如图4 所示的接口电路，详细介绍M C S 一5 1 单片机与F P G MC P L D 总线接口逻辑设计。在F P G M C P L D 中，我们设计丽个模块：一个总线接口模块，负责单片机与F P G A C P L D 的总线接口逻辑

17、。另一个寄存器单元及外部接口模块，运用总线接口模块来操作此模块。图中整个总线接口逻辑模块将M C S 一5 1 单片机的三总线信号编码成五个信号输出：1 6 位地址信号a d d r l 6，读使能信号R D _ E N，写使能信号w R _ E N，数据输出信号D i n 及数据输入信号D o u t。在总线接口模块中，又分为三个小模块：三态缓冲模块、锁存器模块及编码模块。三态缓冲模块实现与单片机P 0 口接口；锁存器模块利用A L E 信号锁存单片机输出的低8 位地址。利用其下降沿将低8 位地址锁存于F P G M C P L D 中的地址锁存器(L a t c hA d d r e s

18、s)中；当A L E 将低8 位地址通过P 0 及三态缓冲器锁存的同时，高8 位地址已稳定建立于P 2 口；通过编码模块将高8 位与低8 位地址组合成1 6 位地址a d d r l 6。同时根据单片机的读，写控制信号编码成R DE N 与W R _ E N 使能信号。若需从F P G A C P L D 中读出数据，单片机则通过指令”M O V XA，D P T R“使R D 信号为低电平，使能R D信号，由_ENP 0 口将图中地址a d d r l 6 所指单元的数据读入累加器A；但若欲将累加器A 的数据写进F P G M C P L D 中，单片机则需通过指令”M O V X D P

19、T R，A”和写允许信号W R。这时，D P T R 中的高8位和低8 位数据作为高、低8 位地址分别向P 2 和P 0 口输出，然后经A L E 信号下降沿锁存，产生1 6 位地址a d d r l 6。在由W R的低电平使能W R _ E N 信号，将累加器A 的数据经P 0 口及三态缓冲器写入图中1 6 位地址a d d r l 6 所对应的单元中。实现单片机对F P G M C P L D 的读写操着。3 3 接口V H D L 实现及仿真在该总线接口设计中，我们采用V H D L 语言实现其接口逻辑。用V H D L 编写接口程序，往往会带来很多方便，但在编写时却要注意渎完数据时，要

20、把数据总线释放掉以免造成总线冲突。其源程序如下所示；该接口逻辑的仿真如图5 所示，图5(a)为总线接口写仿真，图5C o)为总线接口读仿真。l i b r a r yI E E E；r i s eI E E E S T D _ L O G I C j16 4 a l l；P A C K A G EI n t e r f a c eI S 一F P G A C P L D 内部寄存器地址定义C O N S T A N TA D D R _ R E G lD O W N T O0 1：=X”F F F l”：C O Ns r A N TA D D RR E G 2D O W N T Oo)：=X”

21、F F F 2”；C O N S T A N TA D D R _ R E G 3D O W N T O0)：=X”F F F 3”：C O N S T A N TA D D R _ R E G 4D O W N T O0 1：=X”F F F 4”：E N DI n t e r f a c e；：S T D _ L O G I C _ V E C T O R(15：S T D _ L O G I C _ V E C T O R(1 5：S T D _ L O G I C _ V E C T O R(1 5：S T D _ L O G I C V E C T O R(1 51 2 2 3 6

22、0 元年邮局订阅号：8 2 9 4 6万方数据匿亘查垂堑夔雯塑垂旦圉单片机开发与应用l i b r a r yI E E E；u s eI E E E s t d _ l o g i e _ 116 4 a l l；u s ew o r k I n t e r f a c e a l l；e n t i t yM C S 51 一F P G Ai s 一F P G A C P L D 读写操作p o r t【P O：i n o u tS T D _ L O G I C _ V E C T O R(7d o w n t o 哦P 2：i ns r I D L O G I C V E C T O

23、Rc 7d o w n t o 咄A L E：i nS T D-L O G I C；W R R D：i nS T DL O G I C；L E D：o u tS T D _ L O G I C V E C T O R(2d o w n t oo)；e n dM C S 5 lF P G A：A r c h i t e c t u r eC 51 j 甲G A B U SO FM C S 5 1 _ F P G AI Ss i g n a lC 5 1 一A d d r l 6：S T D L O G I C jE C T O R(1 5d o w n t o0)：一一1 6 b i ta d

24、d r e s ss i g n a lD a t a：S T D _ L O G I C V E C T O R(3 1d o w n t o0)；i n t e m a lR e g i s t e rs i g n a lW R E N，R D _ E N：S T D _ L O G I C；一一一W R R DE n a b l eB e g i nA d d r e s s _ p：p r o c e s s(A L E l 一A d d r e s sL a t c hb e g i ni f A L E e v e n t a n d A 肚勺7 a n d A L E，L A

25、S T-v A L U p l，t h e nC 5l-A d d r l6 =P 2&P 0 e n di f；e n dp r o c e s s；W R E N =(W RA N DR D)O RW R；一一一W RE n a b l eR I)-E N =(W RA N DR D)O RR D；一一R DE n a b l e-R c a dF P G Ai n t e r n a lR e g i s t e l 一-P 0 D a t a(7d o w n t o0 1 l D a t a(1 5d o w n t o8)D a t a(2 3d o w n t o1 6)D a

26、t a(3 1d o w n t o2 4)N U L L；E N DC A S E；E N D I F；E N Dp r o c e s s；L E D =D a t a(2d o w n t o0)：一L E Dc o n t r 0 1 E N DC 5 1j P G A B U S；m4P。9 7”托_，。一啪，-_ 一一l l 嚣：芦r旷Ii F 一，1 广一*丁旷厂i 一厂”1 一口i o 一，_ _i o j、J、r 一_ _=3 2 r、-_，-=2。、，-J _ n P、J r o L P r-L，_、_ 1 0、-_ J J、-_。_图5f a)总线接1 3 写仿真m9。一

27、啪。啉。两P“u 棚，铺，。柚；。HHr1r 一n J 1r乎孚寻量兰寺手手于宥=量爿j 三一一1P L r。一一”J-P 1，、r-一_，-_-1 _ r+1、-，、P J、_，1 1 一一r、P J、_-r _ _ 一_ _ r 1 I _ J _。-_-，-，k _，L J+一_，1。_ P，、_ r L J L，、。、一_。、_-，、-r L，、J、一_-r、_ r _ 一J 一P，h _ J L，L J，1 一图5)总线接1 3 读仿真4 结束语本文实现单片机与F P G M C P L D 的总线接口逻辑设计，是设计的高速采样设备的一部分。经仿真验证以及实际应用证实，该接口原理应用

28、完全正确、可行。在我们设计的多个系统中，也已经成功地进行了应用。该电路由于接口简单容易控制，因此，在涉及到F P G A 与单片机系统的接口电路中，可以灵活地进行应用。本文作者创新点：在于用V H D L 语言实现了M C S 一5 1 单片机与F P G M C P L D 的总线接口通用逻辑设计，并通过仿真进行了验证。参考文献【l】张毅刚，彭喜元，董继成单片机原理及应用【M 北京：高等教育出版社2 0 0 3 2 1 付家才，杨庆江，赵金宪单片机控制工程实践技术f M l 北京：化学工业出版社2 0 0 4 3 1 徐志军。徐光辉C P L D F P G A 的开发与应用f M l 北京

29、：电子工业出版社2 0 0 2 4】赵俊超集成电路设计V H D L 教程【M】北京：北京希望电子出版社2 0 0 2 f 5 1 程耕国，刘涛C P L D 扩展5 1 单片机寻址范l 虱 J-I 微计算机信息，2 0 0 6，5 2：1 8 5 1 8 6 作者简介：游志宇(1 9 8 0-)男(叉族)，硕士研究生。主要研究方向为嵌入式系统及应用；董秀成(1 9 6 3 一)，男(汉族)，教授，硕士研究生导师，主要研究方向为数字化智能测控技术及应用。B i o g r a p h y：Y O UZ h i-y u(1 9 8 0 1 0 _ 1，M a l e(H a ne t h n i

30、 c)，M a s t e rg r a d u a t e M a j o rR e s e a r c ho ft h eE m b e d d e dS y s t e ma n dA p p l i c a t i o n(6 1 0 0 3 9 四川成都西华大学电气信息学院)游志字董秀成张洪(6 1 0 2 0 9 四川成都中国科学院光电技术研究所)杜杨(h o o lo fE l e c t r i c a lA n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g，X i h u aU n i v e r s i t y，C h e n g

31、d u6 1 0 0 3 9，C h i n a)Y O UZ h i-y uD O N GX i u-c h e n gZ H A N GH o n g(s t i t u t eO fO p t i c sE l e c t r o n i c s C h i n e s eA c a d e m yO fS c i e n c e s，C h e n g d u6 1 0 2 0 9，C h i n a)D UY a n g通讯地址：(6 1 0 0 3 9 四川成都西华大学电气信息学院2 0 0 6 级研究生班)游志宇f 收稿日期：2 0 0 8 0 8 2 3)f 修稿日期：2 0

32、0 8 1 0 0 5)黜霸邮局订阅号：8 2 徜3 6 0J 7 L#-1 2 3 一豆*撼百=：=：。三；岔圜篓豢黜一一i日j 日日丌簖妫黼匾蓝圈崩蚓离图国万方数据单片机与FPGA/CPLD总线接口逻辑设计单片机与FPGA/CPLD总线接口逻辑设计作者：游志宇，董秀成，杜杨，张洪，YOU Zhi-yu，DONG Xiu-cheng，DU Yang，ZHANGHong作者单位：游志宇,董秀成,张洪,YOU Zhi-yu,DONG Xiu-cheng,ZHANG Hong(成都,西华大学,电气信息学院,四川,610039)，杜杨,DU Yang(成都,中国科学院光电技术研究所,四川,61020

33、9)刊名：微计算机信息英文刊名：MICROCOMPUTER INFORMATION年，卷(期)：2008，24(29)引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.张毅刚.彭喜元.董继成 单片机原理及应用 20032.付家才.杨庆江.赵金宪 单片机控制工程实践技术 20043.徐志军.徐光辉 CPLD/FPGA的开发与应用 20024.赵俊超 集成电路设计VHDL教程 20025.程耕国.刘涛 CPLD扩展51单片机寻址范围期刊论文-微计算机信息 2006 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 刘永刚.王瑞涛.LIU Yong-gang.WANG Rui-tao 单片机和可编

34、程逻辑器件通用接口设计及应用-计测技术2005,25(3)在研制基于单片机的智能仪器导爆索、雷管爆速校准仪的过程中,引入可编程逻辑器件来处理超过单片机处理能力范围的高速信号,并开发了一套有效结合单片机和可编程逻辑器件的方法.2.学位论文 黄克初 基于高密度可编程逻辑器件的智能泵冲泥浆测量仪的研制 2001 该文根据泵冲泥浆测量仪工作环境的特殊性和高密度可编程逻辑器件与单片机的特性,提出了高密度可编程逻辑器件与单片机相结合的设计方案.该文分析了方案的彻底性和进行了方案优化处理;分别论述了系统的硬件、软件及系统的抗干扰问题;通过MAX+PLUSII开发软件进行了文本编辑,图形编辑,时序仿真等设计工

35、作,把高密度可编程逻辑器件应用到本系统中来;采取键盘和红外遥控器相线合的控制操作方式,并且利用了单征机进行遥控器软件解码等工作.该系统的工作环境相当恶劣,不可避免有的干扰串入到信号中来.该文分析了信号的特征,寻找出了一个简单而实用的数字滤波方式,并且通过高密度可编程逻辑器件来实现.该系统采取硬件和软件相结合的抗干扰措施来抑制干扰.该仪器通过了现场运行测试和技术鉴定.该仪器具有操作简单,界面友好,管理灵活,可靠性高,精度高,扩展方便的优点,它将被推荐在相关部门中使用.3.期刊论文 赵中华.洪莉 基于单片机的FPGA可编程逻辑器件快速配置实现-科技信息（科技教育版）2006,(9)介绍基于单片机的

36、FPGA配置原理,着重介绍采用89C2051单片机和串行FLASH存储器24C515组成的PS被动式配置板实现对FLEX10K10配置.4.学位论文 翟呈祥 基于FPGA的8051单片机IP核设计及应用 2007 单片微型计算机(单片机)是将微处理器CPU、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、输入/输出并行接口等集成在一起。由于单片机具有专门为嵌入式系统设计的体系结构与指令系统，所以它最能满足嵌入式系统的应用要求。Intel公司生产的MCS-51系列单片机是我国目前应用最广的单片机之一。随着可编程逻辑器件设计技术的发展，每个逻辑器件中门电路的数量越来越多，一个逻辑器件就可以完成本来要由很多分

37、立逻辑器件和存储芯片完成的功能。这样做减少了系统的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP核是将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。随着FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。本课题结合FPGA与8051单片机的优点，主要针对以下三个方面研究：(1)FPGA开发平台的硬件实现选用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作为核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作为片内程序

38、存储器，搭建FPGA的硬件开发平台。(2)用VHDL语言实现8051IP核分析研究8051系列单片机内部各模块结构以及各部分的连接关系，实现了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下几个模块：CPU模块、片内数据存储器模块、定时/计数器模块、并行端口模块、串行端口模块、中断处理模块、同步复位模块等。(3)基于FPGA的8051IP核应用用所设计的8051IP核，实现了对一个44键盘的监测扫描、键盘确认、按键识别等应用。5.会议论文 乔建华.毕友明.张井岗 可编程逻辑器件(PLD)在钢板检测控制系统中的应用 2000 该文介绍了可编程逻辑器件(PLD)在实际中应用最广的两类器件，重点说明了在作

39、者开发的单片机应用系统钢板在线检测和显示系统中，有关PLD的硬件设计和软件设计。6.学位论文 孙鹏 兼容8051单片机IP核设计 2007 单片微型计算机(单片机)自问世以来，因其小巧灵活、成本低、控制能力强、易于产品化等优势，在社会各领域中得到广泛的应用。然而，随着信息时代的到来，传统单片机固有的结构缺陷，使其呈现出诸多弊端。其速度、规模、性能等指标越来越难以满足用户需求、因此单片机芯片的开发，升级面临着新的挑战。进入20世纪90年代后，可编程逻辑集成电路技术进入飞速发展时期。器件的可编程门数超过了百万门，并出现了内嵌复杂功能模块的SoPC(System on a Programable C

40、hip)。这种大规模可编程逻辑芯片的出现为单片机芯片重构开辟了新的途径。本课题就是要以FPGA/CPLD(FieldProgrammable Gate Array/Complex Programmable Logic Device)器件作为载体，以现代 EDA(Electronic Design Automatic)技术为手段，以实现一个与MCS-51系列单片机指令兼容的微控制器芯片的IP(Intellectual Property)核。本文主要研究了应用EDA技术实现这一IP核的方法。本文采用自顶向下(Top-down)的设计方法，根据设计流程，首先将单片机划分成几个大的模块，再向下划分成功

41、能单一的模块。然后运用硬件描述语言VHDL(Very High Speed Integrated Circoit Hardware Description Language)对各个模块进行逻辑描述：同时应用EDA集成开发工具MAX+plus提供的时序模拟器对各个模块(包括各子模块和顶层模块)的功能进行软件仿真。完成软件仿真后下载到FPGA/CPLD器件中进行硬件级的测试。课题采用Gw48-CK型EDA实验箱对所设计的软核模块进行硬件级的测试。箱内的可编程逻辑器件是Altera公司的FLEX 10K(属于FPGA类型)系列器件中的EPF10K10LC84-4。由于EPF10K10LC84-4器件

42、的逻辑门有限，本文单独完成了算术逻辑单元、定时器/计数器、串行口等模块的硬件级测试。本课题的研究表明，应用EDA技术实现单片机结构设计的方法是完全可行的。以FPGA/CPLD所构造的单片机符合单片机快速、高效、小型、外围电路内装化的发展趋势。7.会议论文 吴强 单片机外围接口芯片的设计 2002 利用可编程逻辑器件,根据单片机应用系统的实际要求,灵活设计外围接口芯片,可以减少外围接口芯片使用数量,缩小PCB面积;同时,可以利用可编程逻辑器件的可加密性,保护自己的设计.8.学位论文 刘小俊 基于EDA技术的兼容MCS51单片机IP核设计 2005 本文采用自顶向下(Top-down)的设计方法,

43、根据设计流程,首先将单片机划分成几个大的模块,再向下划分成功能单一的模块.然后运用硬件描述语言VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)对各个模块进行逻辑描述;同时应用EDA集成开发工具MAX+plus提供的时序模拟器对各个模块(包括各子模块和顶层模块)的功能进行软件仿真.完成软件仿真后下载到FPGA/CPLD器件中进行硬件级的测试.课题采用SE-5M型EDA实验箱对所设计的软核模块进行硬件级的测试.箱内的可编程逻辑器件是Altera公司的FLEX 10K(属于FPGA类型)系列器件中的EPF10

44、K10LC84-4.由于EPF10K10LC84-4器件的逻辑门有限,本文单独完成了算术逻辑单元、定时器/计数器、串行口等模块的硬件级测试.9.会议论文 丁雷.袁鑫 基于FPGA和单片机的数字示波器设计 2008 本文详细的介绍了基于FPGA和单片机组成的数字示波器设计，利用等效采样原理，实现低速A/D采集高速信号。主要以可编程逻辑器件FPGA 进行信号高速采集，单片机对采集数据整理输出，以及各种外围电路辅助完成。本设计实现简单，对A/D 要求不高，成本较低。在本系统中，完成了FPGA与单片机的通信，很好地解决了高速采集与精确控制之间的矛盾。结果表明这种方法行之有效。10.学位论文 宋俊涛 基于ISPLSI与单片机的电动机保护装置的研究 2003 该文在分析了电动机运行状况的基础上,根据电动机常见的故障特征,如两相接地、定子绕组开路、过负荷、失压、堵转、过热等,提出了基于ISPLSI及196系列单片机为核心的实用电动机保护方案,具有零序保护、负序电流保护、正序电流保护、过载保护、堵转保护、过热保护、失压保护等功能.在算法上进行了数学模型的建立和推导.在硬件、软件上进行了优化设计,特别是采用了在系统可编程逻辑器件(ISPLSI1032E),使装置具有简洁、稳定、速度快、抗干扰性好、保护功能强等特点.本文链接：http:/