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

1、隨著科學技術(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，在測控、儀表、自動化控制、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，對微控制器的可擴展性提出了更高的要求。如何設(shè)計功能完備的數(shù)字外設(shè)子系統(tǒng)，為微控制器提供強大的外設(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。
　　本文首先根據(jù)C8051F芯片手冊中數(shù)字外設(shè)部分各個組件的功能要求，對數(shù)字外設(shè)進行了整體的模塊劃分，確定了各部分的設(shè)計思路和設(shè)計方法，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/計數(shù)器，可編程計數(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，本文對實驗室已有的微控制器內(nèi)核與外設(shè)子系統(tǒng)進行了集成和調(diào)試。在此基礎(chǔ)上，制定了詳細的驗證計劃并搭建了一個面向定向激勵的驗證平臺。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，對整個微控制器系統(tǒng)進行FPGA原型驗證。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104MHz。在該系統(tǒng)上，運行實際的C應(yīng)用程序，包括復(fù)雜數(shù)學函數(shù)的計算，流水燈的實現(xiàn)，PWM波的生成，F(xiàn)FT算法的實現(xiàn)等，通過UART端口將處理結(jié)果回傳給上位機，結(jié)合Chipscope抓取到的信號波形與預(yù)期測試結(jié)果進行比對。經(jīng)驗證，