[原创]基于FPGA的单片机开发系统设计-毕设论文

只看该作者 · 2009-8-28 17:03

本帖最后由 xnwxq 于 2009-8-28 17:15 编辑

摘要

本论文主要阐述了与MCS51功能完全兼容的微处理器软核的软件设计，并在软件开发平台上进行了该微处理器软核的仿真测试，同时选用EP1C6Q240C8芯片进行该微处理器软核的硬件测试。并且撰写了在整个设计中所用到的软件的安装与使用手册，同时撰写了整个开发系统的实验指导手册；最后使用该软核和一些实验外围器件构成具有创新型的基于FPGA的单片机开发系统。
设计的创新之处在于：首先，摆脱了“传统的单片机实验系统”的弊端，让学习者不仅可以学习到传统的单片机软件编程和调试，而且可以更加了解单片机的工作原理和构建自己的单片机系统，实现了软硬件的联合设计；其次，将单片机的软件开发能力和EDA技术的硬件开发能力有机的结合起来，强化系统工程的设计能力；再次，用户不仅可以学习单片机，还能改进和设计自己的CPU；最后本系统的硬件平台不仅可以作为FPGA入门开发套件，而且可以作为SOPC和NIOSⅡ的入门套件；更重要的是它可以作为基于FPGA的单片机学习开发套件。
在软件设计的过程中，分别使用了Quartus II 5.0开发软件、Synplify Pro 7.6综合软件、ModelSim SE 6.0仿真软件、Keil uVision2单片机开发软件、Protel 99SE电路板设计软件以及超级终端等各种硬件开发工具完成了与MCS51功能完全兼容的MCU805X软核的软件和硬件测试。该单片机开发系统所使用的微处理器IP核是把本人大学四年里所设计的各种VHDL模块组合和优化，并新增加了指令执行控制、时序控制和程序存储等单元，从而构成了MCU805X软核。其特点是完全满足标准 8051 的功能和时序要求，并在该基础上增加了液晶驱动模块（包括字符液晶和图形点阵液晶）和串行数码管驱动模块，另外程序存储器和外部数据存储器的容量均可以扩展到64KB。
系统的硬件设计是以Altera公司EP1C6Q240C8型号的FPGA系列器件作为主控芯片，加上一些实验外围器件构成了基于FPGA的单片机开发系统。该开发系统的特点是：可以作为初学者的FPGA入门开发套件；可以作为SOPC的入门套件；用户也可以使用它作为NIOSⅡ的入门套件；更重要的是该系统可以实现管脚自由定义的单片机学习套件，所以该硬件平台可以作为广大电子爱好者的入门套件。

关键词：微控制器IP核；数据通路；控制通路；FPGA
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只看该作者 · 2009-8-28 17:37

上传原理图文件：

实验板原理图.pdf (109.19 KB)

本指导手册主要就如何将FPGA技术，SOPC技术以及IP技术应用到单片机的实际开发中而撰写的实验指导手册，以非常详细的实例来让电子爱好者了解FPGA技术在单片机开发中的优势，同时对FPGA的入门和NIOSⅡ的入门在本指导手册中也作了一点入门介绍。目的是为了让初学者尽快上手FPGA的单片机开发流程和SOPC的开发流程，尽快投入到实际的开发中。
需要说明的是，在本指导手册中，为了便于问题的描述，对一些概念的描述不是很严谨，如果读者在使用时有异议，请以官方的相关资料和技术教材为主。体现本开发系统的多功能性。通过本指导手册的学习，可以让初学者快速的了解FPGA技术和SOPC技术的开发流程，在指导书中有一些我的实际开发经验总结。希望大家在自己的实际学习中可以慢慢体会到它们的真正含义。
实验使用的硬件平台是手工设计的“基于FPGA的单片机开发系统”，在第四章中有该系统的详细资源介绍。

本知道手册只是我在整个大学四年里对FPGA的学习和应用的总结，没有实际出版物的格式，一切以实际应用为主，呵呵，打印也是需要Money的哦！！

第3章、硬件开发平台的介绍.

3.1 核心板模块介绍.

3.1.1核心板的硬件资源：.
3.1.2主控芯片介绍.

3.2 扩展模块介绍.

3.2.1系统电源模块.
3.2.2发光二极管LED模块.
3.2.3 MAX232串行口模块.
3.2.4键盘按键模块.
3.2.5液晶显示模块.
3.2.6 PS/2接口模块.
3.2.7串行数码管接口模块.
3.2.8时钟频率选择模块.
3.2.9蜂鸣器报警模块.
3.2.10实验板上的各种模块与主控制核心板的的接口