【正文】 目錄摘要 3Abstract 4第一章 緒論 5167。 集成電路設(shè)計簡介 5 集成電路發(fā)展簡史 5 集成電路設(shè)計流程 6 集成電路設(shè)計方法 8167。 VHDL語言簡介 8 硬件描述語言 8 VHDL語言 9167。 MCS51單片機簡介 10 單片機的產(chǎn)生和發(fā)展 10 Intel MCS－51單片機 11167。 開發(fā)工具的選擇 11 VHDL開發(fā)工具 11 Altera公司的Max＋Plus II 12 Altera公司的Quartus II 12 Aldec公司的Active HDL 12 其他輔助工具 13167。 本次畢業(yè)設(shè)計的意義及目標 13 畢業(yè)設(shè)計的意義 13 畢業(yè)設(shè)計的目標 14第二章 系統(tǒng)總體規(guī)劃與構(gòu)思 15167。 MCS51單片機的總體結(jié)構(gòu) 15 MCS－51單片機硬件結(jié)構(gòu)的特點 15 MCS51單片機的引腳描述 15 MCS－51片內(nèi)總體結(jié)構(gòu) 17167。 MCS51單片機的指令分解 19 CPU時序 19 指令分解 20167。 各部分模塊的初步劃分 22 總體設(shè)計思想 22 各模塊的劃分 22 各模塊的簡單說明 24第三章 譯碼/控制模塊的實現(xiàn) 26167。 譯碼/控制模塊設(shè)計思想 26 26 26167。 譯碼/控制模塊的實現(xiàn)過程 27 27第四章 總結(jié)與展望 33167。 階段成果和心得 33167。 不足與展望 33 存在的不足 33 改進意見 34附錄 35參考文獻 35摘要MCS51是Intel公司生產(chǎn)的其中一個單片機系列的名稱。該系列單片機誕生于1980年，功能強大、應用方便，已成為單片機領(lǐng)域的實際標準。而VHDL語言則是應用廣泛的一種硬件描述語言，目前越來越多的廠商、科研機構(gòu)在使用VHDL語言進行系統(tǒng)開發(fā)。本文詳細介紹應用VHDL語言進行MCS－51兼容單片機開發(fā)的過程，包括指令的分解、模塊的劃分以及功能的實現(xiàn)等。其中，重點講述控制/譯碼模塊的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：硬件描述語言，機器周期，指令周期AbstractMCS51 is the name of a Micro Chip Unit(MCU) that produced by Intel Corporation. These MCUs were first produced in 1980. It has powerful function and can be easily used, so it bees the standard of the MCUs. And VHDL(VHSIC Hardware Description Language) is a kind of HDL(Hardware Description Language), which is applied extensively. More and more electronic pany and organization develop their system by using this language.This article will introduce how to use VHDL to develop a MCU that is patible with MCS51, including the deposition of machine mand, division of function model, the realization of each model, and so on. And among all, it will go into much greater detail on the subject of the realization of controller/decoder unit.key words: HDL, machine cycle, mand cycle 第一章 緒論167。 集成電路設(shè)計簡介 集成電路發(fā)展簡史自1958年美國德克薩斯儀器公司(TI)發(fā)明集成電路（Intergrated Circuit—簡稱IC）后，隨著硅平面技術(shù)的發(fā)展，二十世紀六十年代先后發(fā)明了雙極型和MOS型兩種重要的集成電路，它標志著由電子管和晶體管制造電子整機的時代發(fā)生了量和質(zhì)的飛躍，創(chuàng)造了一個前所未有的具有極強滲透力和旺盛生命力的新興產(chǎn)業(yè)集成電路產(chǎn)業(yè)?；仡櫦呻娐返陌l(fā)展歷程，我們可以看到，自發(fā)明集成電路至今40多年以來，從電路集成到系統(tǒng)集成這句話是對IC產(chǎn)品從小規(guī)模集成電路（SSI）到今天特大規(guī)模集成電路（ULSI）發(fā)展過程的最好總結(jié)，即整個集成電路產(chǎn)品的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的板上系統(tǒng)（Systemonboard）到片上系統(tǒng)（Systemonachip）的過程。在這歷史過程中，世界IC產(chǎn)業(yè)為適應技術(shù)的發(fā)展和市場的需求，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了三次變革。第一次變革：以加工制造為主導的IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級階段。70年代，集成電路的主流產(chǎn)品是微處理器、存儲器以及標準通用邏輯電路。這一時期IC制造商（IDM）在IC市場中充當主要角色，IC設(shè)計只作為附屬部門而存在。這時的IC設(shè)計和半導體工藝密切相關(guān)。IC設(shè)計主要以人工為主，CAD系統(tǒng)僅作為數(shù)據(jù)處理和圖形編程之用。IC產(chǎn)業(yè)僅處在以生產(chǎn)為導向的初級階段。第二次變革：Foundry公司與IC設(shè)計公司的崛起。80年代，集成電路的主流產(chǎn)品為微處理器（MPU）、微控制器（MCU）及專用IC（ASIC）。這時，無生產(chǎn)線的IC設(shè)計公司（Fabless）與標準工藝加工線（Foundry）相結(jié)合的方式開始成為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新模式。隨著微處理器和PC機的廣泛應用和普及（特別是在通信、工業(yè)控制、消費電子等領(lǐng)域），IC產(chǎn)業(yè)已開始進入以客戶為導向的階段。一方面標準化功能的IC已難以滿足整機客戶對系統(tǒng)成本、可靠性等要求，同時整機客戶則要求不斷增加IC的集成度，提高保密性，減小芯片面積使系統(tǒng)的體積縮小，降低成本，提高產(chǎn)品的性能價格比，從而增強產(chǎn)品的競爭力，得到更多的市場份額和更豐厚的利潤；另一方面，由于IC微細加工技術(shù)的進步，軟件的硬件化已成為可能，為了改善系統(tǒng)的速度和簡化程序，故各種硬件結(jié)構(gòu)的ASIC如門陣列、可編程邏輯器件（包括FPGA）、標準單元、全定制電路等應運而生，其比例在整個IC銷售額中1982年已占12％；其三是隨著EDA工具（電子設(shè)計自動化工具）的發(fā)展，PCB設(shè)計方法引入IC設(shè)計之中，如庫的概念、工藝模擬參數(shù)及其仿真概念等，設(shè)計開始進入抽象化階段，使設(shè)計過程可以獨立于生產(chǎn)工藝而存在。有遠見的整機廠商和創(chuàng)業(yè)者包括風險投資基金（VC）看到ASIC的市場和發(fā)展前景，紛紛開始成立專業(yè)設(shè)計公司和IC設(shè)計部門，一種無生產(chǎn)線的集成電路設(shè)計公司（Fabless）或設(shè)計部門紛紛建立起來并得到迅速的發(fā)展。同時也帶動了標準工藝加工線（Foundry）的崛起。第三次變革：四業(yè)分離的IC產(chǎn)業(yè)90年代，隨著INTERNET的興起，IC產(chǎn)業(yè)跨入以競爭為導向的高級階段，國際競爭由原來的資源競爭、價格競爭轉(zhuǎn)向人才知識競爭、密集資本競爭。以DRAM為中心來擴大設(shè)備投資的競爭方式已成為過去。如1990年，美國以Intel為代表，為抗爭日本躍居世界半導體榜首之威脅，主動放棄DRAM市場，大搞CPU，對半導體工業(yè)作了重大結(jié)構(gòu)調(diào)整，又重新奪回了世界半導體霸主地位。這使人們認識到，越來越龐大的集成電路產(chǎn)業(yè)體系并不有利于整個IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展，分才能精，整合才成優(yōu)勢。于是，IC產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向高度專業(yè)化轉(zhuǎn)化成為一種趨勢，開始形成了設(shè)計業(yè)、制造業(yè)、封裝業(yè)、測試業(yè)獨立成行的局面。IC設(shè)計企業(yè)則更加接近市場和了解市場，通過創(chuàng)新開發(fā)出高附加值的產(chǎn)品，直接推動著電子系統(tǒng)的更新?lián)Q代；同時，在創(chuàng)新中獲取利潤，在快速、協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上積累資本，帶動半導體設(shè)備的更新和新的投入；IC設(shè)計業(yè)作為集成電路產(chǎn)業(yè)的龍頭，為整個集成電路產(chǎn)業(yè)的增長注入了新的動力和活力。 集成電路設(shè)計流程現(xiàn)代集成電路設(shè)計的基本流程如下圖所示：從圖中可以看出，集成電路設(shè)計過程是從頂向下的過程，其流程大致如下：1．行為設(shè)計硬件設(shè)計者根據(jù)客戶的功能定義進行行為設(shè)計，對各個電路功能模塊用硬件描述語言（HDL）完成行為級描述。2．布局規(guī)劃和優(yōu)化、仿真對上一步中完成的描述進行布局規(guī)劃，在進行算法優(yōu)化的同時，通常還有進行向RTL級描述的轉(zhuǎn)換，使現(xiàn)有的EDA工具能夠?qū)Σ季忠?guī)劃的結(jié)果進行邏輯綜合。3．綜合綜合（synthesis）的目標是將前面得到的硬件描述語言轉(zhuǎn)換為與具體硬件相對應的網(wǎng)表文件。4．邏輯設(shè)計與邏輯圖輸入將網(wǎng)表文件與廠家工藝庫相對應，將網(wǎng)表文件轉(zhuǎn)換成真正的硬件連接關(guān)系。5．布局布線對上一步的硬件連接關(guān)系進行布局布線，這有點類似于在EDA設(shè)計中使用Protel進行PCB版的設(shè)計。6．后仿真對網(wǎng)表文件進行綜合后仿真，看設(shè)計能否滿足要求。7．版圖生成與驗證對布局布線生產(chǎn)的版圖進行仿真驗證。8．芯片制造將版圖交付廠家進行芯片的流片生產(chǎn)。 集成電路設(shè)計方法常用的集成電路設(shè)計方法有從頂向下（topdown）和從底向上（bottomup）的設(shè)計方法。從頂向下（topdown）設(shè)計方法設(shè)計者根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)容，把系統(tǒng)劃分為單元，然后再把每個單元劃分為下一層次的單元，直到設(shè)計的最底層為止。從底向上（bottomup）設(shè)計方法這種方法可以看作是從頂向下設(shè)計的逆向過程。設(shè)計者也是從系統(tǒng)級開始對設(shè)計進行逐次劃分，但劃分過程必須從存在的基本單元觸發(fā)，設(shè)計的最底層是已經(jīng)制造出來的單元或者是其他項目已開發(fā)好的單元以及可外購得到的單元。167。 VHDL語言簡介 硬件描述語言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路的規(guī)模越來越大，復雜程度也越來越高。對于如此大規(guī)模的和負責程度的電路設(shè)計問題，傳統(tǒng)的門級描述方法顯得過于瑣碎和難以管理。硬件描述語言（Hardware Description Language, HDL）就是順應這種情況而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。它是一種能夠以形式話方式描述電路結(jié)構(gòu)和行為并用于模擬和綜合的高級描述方式，具有類似于高級程序設(shè)計語言的抽象能力。HDL的語法和語義定義都是為描述硬件的行為服務(wù)的，它可以自然的描述硬件中并行的、非的規(guī)的特性以及時間關(guān)系。一般認為，HDL應該具有以下能力：能在希望的抽象層次上進行精確而簡練的描述；易于產(chǎn)生用戶手冊、服務(wù)手冊等文件，以便多人配合工作；在不同層次上都易于形成用于模擬和驗證的設(shè)計描述；在自動設(shè)計系統(tǒng)中（例如高層次綜合、硅編譯器等）可作為設(shè)計輸入；可以進行硬、軟件的聯(lián)合設(shè)計，消除硬、軟件開發(fā)時間上的間隔；易于修改設(shè)計和把相應的修改納入設(shè)計文件中；在希望的抽象層次上可以建立設(shè)計者