C8051F單片機實驗系統(tǒng)設(shè)計方案
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為了進一步簡化電路結(jié)構(gòu)，提出一種C8051F單片機實驗系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案采用FPGA實現(xiàn)單片機各種外設(shè)接口。FPGA作為一種可編程邏輯器件憑借其優(yōu)越的可擴展性能受到設(shè)計者的青睞，逐漸成為分立元件的替代者。通過對FPGA編程，實現(xiàn)任何數(shù)字元件的邏輯功能，設(shè)計者可以通過原理圖輸入或硬件描述語言，方便地設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)，這使得單片機外圍電路的設(shè)計簡單、靈活、可靠。
本系統(tǒng)是為單片機實踐教學而開發(fā)的，因此要求單片機的功能齊全，滿足教學中各種實驗的要求。一般的實驗板的功能有：模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換實驗、通信接口實驗、存儲器實驗、各種顯示實驗，人機交互實驗等等。除此之外，還要考慮由于是非商業(yè)性質(zhì)的開發(fā)，對一些功能的精度要求不是很高，在選擇最理想價格的同時，選擇盡可能多而全的片上資源，留待后期開發(fā)擴充。
基于以上考慮，該平臺使用SoC系統(tǒng)級的C8051F020單片機作為核心控制器，CycloneⅡEP2C8型FPGA實現(xiàn)外設(shè)接口，加上LCD、鍵盤、UART串口等人機交互的模塊。
C8051F系列單片機是以流水線方式處理指令的CIP-5l內(nèi)核，完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(Soc)，片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件。C8051F020單片機具有片內(nèi)調(diào)試電路，通過4引腳的JTAG接口可以進行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。
FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列，它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA使用靈活，同一片F(xiàn)PGA通過不同的編程數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生不同的電路功能。
1 系統(tǒng)總體方案
本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的單片機開發(fā)平臺，該平臺主要包括有：單片機及其外設(shè)、FPGA擴展電路、電源及下載電路。開發(fā)平臺框架如圖l所示。
1．1 單片機外設(shè)
包括液晶顯示器(LCD)、鍵盤、SRAM、UART串口等，對FPGA進行編程來實現(xiàn)LCD、鍵盤、SRAM的接口電路。
1．2 FPGA擴展電路
包括主動串行(AS)配置電路、JTAG在線調(diào)試電路、輸入輸出電路等。采用EPCSlN8型芯片對FPGA進行主動串行(AS)配置，同時兼有JTAG在線調(diào)試模式。
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