C8051F微控制器數(shù)字外設(shè)設(shè)計(jì)與集成.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電子工藝水平的不斷提升，微控制器產(chǎn)業(yè)也以驚人的速度發(fā)展，從最初的4位逐步發(fā)展至目前高性能的64位，并且在面積、速度和可靠性等方面均有了質(zhì)的提升。盡管如此，由于面積和成本方面的巨大優(yōu)勢，兼具性價(jià)比和可靠性的八位微控制器仍在特定的應(yīng)用環(huán)境中被廣泛使用。在八位微控制器領(lǐng)域， C8051F系列為其經(jīng)久不衰的典型代表。它具有微型化、高穩(wěn)定性和良好的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，在測控、儀表、自動(dòng)化控制、智能接口等工業(yè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

2、隨著實(shí)際應(yīng)用場景復(fù)雜度的不斷增加，微控制器需要與越來越多的外部設(shè)備建立通信，協(xié)同工作，因此，對微控制器的可擴(kuò)展性提出了更高的要求。如何設(shè)計(jì)功能完備的數(shù)字外設(shè)子系統(tǒng)，為微控制器提供強(qiáng)大的外設(shè)資源保證其操作的靈活性和可拓展性，是在微控制器研發(fā)過程中越來越重要的技術(shù)難點(diǎn)。
　　本文首先根據(jù)C8051F芯片手冊中數(shù)字外設(shè)部分各個(gè)組件的功能要求，對數(shù)字外設(shè)進(jìn)行了整體的模塊劃分，確定了各部分的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法，完成了C8051F微控制器數(shù)字

3、外設(shè)子系統(tǒng)的RTL代碼設(shè)計(jì)工作。外設(shè)子系統(tǒng)主要包括串行數(shù)據(jù)端口UART、串行外設(shè)總線SPI、系統(tǒng)管理總線SMBus、定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA、交叉開關(guān)優(yōu)先級譯碼器，以及用于內(nèi)核與外設(shè)之間通信的SFR總線。
　　在外設(shè)子系統(tǒng)RTL級代碼編寫完成之后，本文對實(shí)驗(yàn)室已有的微控制器內(nèi)核與外設(shè)子系統(tǒng)進(jìn)行了集成和調(diào)試。在此基礎(chǔ)上，制定了詳細(xì)的驗(yàn)證計(jì)劃并搭建了一個(gè)面向定向激勵(lì)的驗(yàn)證平臺(tái)。在完成對所有外設(shè)部分的系統(tǒng)級功能仿真之后，采用

4、基于Xilinx Zynq-7000的FPGA開發(fā)板Zedboard，對整個(gè)微控制器系統(tǒng)進(jìn)行FPGA原型驗(yàn)證。以FPGA芯片為載體，將微控制器系統(tǒng)IP核下載到FPGA開發(fā)板中，經(jīng)過FPGA綜合后的最大頻率可達(dá)104MHz。在該系統(tǒng)上，運(yùn)行實(shí)際的C應(yīng)用程序，包括復(fù)雜數(shù)學(xué)函數(shù)的計(jì)算，流水燈的實(shí)現(xiàn)，PWM波的生成，F(xiàn)FT算法的實(shí)現(xiàn)等，通過UART端口將處理結(jié)果回傳給上位機(jī)，結(jié)合Chipscope抓取到的信號波形與預(yù)期測試結(jié)果進(jìn)行比對。經(jīng)驗(yàn)證，