【正文】 51單片機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 15 MCS－51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 15 MCS51單片機(jī)的引腳描述 15 MCS－51片內(nèi)總體結(jié)構(gòu) 17167。 譯碼/控制模塊設(shè)計(jì)思想 26 26 26167。IC設(shè)計(jì)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。2．布局規(guī)劃和優(yōu)化、仿真對(duì)上一步中完成的描述進(jìn)行布局規(guī)劃，在進(jìn)行算法優(yōu)化的同時(shí)，通常還有進(jìn)行向RTL級(jí)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(jìn)行邏輯綜合。對(duì)于如此大規(guī)模的和負(fù)責(zé)程度的電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，傳統(tǒng)的門(mén)級(jí)描述方法顯得過(guò)于瑣碎和難以管理。它可以被計(jì)算機(jī)接受，也容易被讀者理解。一小小的芯片（幾個(gè)平方厘米）便具有了計(jì)算機(jī)的基本功能，從而使工控系統(tǒng)、儀器儀表、家電產(chǎn)品等向智能化方向產(chǎn)生了飛躍。 Intel MCS－51單片機(jī)在單片機(jī)發(fā)展過(guò)程中，Intel公司扮演了重要角色。全集成化 MAX+PLUS II的設(shè)計(jì)輸入、處理和校驗(yàn)功能全部集成在統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境下，可以加快動(dòng)態(tài)調(diào)試，縮短開(kāi)發(fā)周期。生存中向前發(fā)展的良性循環(huán)道路；我國(guó)目前生產(chǎn)的集成電路只能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的20%，更重要的是，關(guān)系到我國(guó)信息安全和信息產(chǎn)業(yè)需求的關(guān)鍵集成電路，如計(jì)算機(jī)的核心芯片、CPU、光線通信系統(tǒng)中的高速公路、Internet的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)卡電路、多媒體中的信息處理電路等，都幾乎是100％地從國(guó)外進(jìn)口地。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM（128B/256B），用以存放可以讀/寫(xiě)的數(shù)據(jù)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。這九個(gè)部件都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式?？梢杂脵C(jī)器周期把每一條指令劃分成若干個(gè)階段，每個(gè)機(jī)器周期完成某些規(guī)定操作。 各部分模塊的初步劃分 總體設(shè)計(jì)思想通過(guò)對(duì)單片機(jī)指令的分解，我們對(duì)單片機(jī)的整個(gè)運(yùn)作過(guò)程有了比較深入的認(rèn)識(shí)。首先，從功能劃分的角度來(lái)看，集中譯碼使得電路復(fù)雜性降低，電路及其模型直觀易懂，有利于電路自動(dòng)綜合；其次，當(dāng)需要給電路增加新功能時(shí)，若采用集中譯碼方案，只需對(duì)硬件作較小的改動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器模塊：模塊中包括寄存器TH0，TH1，TL0，TL1，TMOD，TCON。數(shù)據(jù)/地址暫存器：用于暫存數(shù)據(jù)或地址總線上的數(shù)據(jù)。其他模塊在時(shí)鐘的下降延對(duì)這些控制線進(jìn)行采樣，對(duì)采樣值做出判斷并作出相應(yīng)的動(dòng)作。pop：提供給RAM控制器的信號(hào)，出棧信號(hào)；FetchBank：提供給ALU的信號(hào)，為取段地址信號(hào)； pop : out std_Logic。 ALUtoA : out std_Logic。 signal sDataBus3 : std_logic_vector(23 downto 0)。 signal sBustotmp1: std_logic_vector(23 downto 0)。S1P2開(kāi)始進(jìn)行譯碼，下面是譯碼過(guò)程（以NOP和ADD A, R0指令為例）：case InstrCode is 譯碼開(kāi)始 when 00000000 = NOP Instr_Cycles:=3。 FetchBank=39。接下來(lái)是執(zhí)行過(guò)程：when C1S3P1 = Time_State = C1S3P2。 Alutoa=sAlutoa(2)。 改進(jìn)意見(jiàn)在接下來(lái)的階段需要繼續(xù)完善的工作，我覺(jué)得主要有以下幾點(diǎn)：1． 修改現(xiàn)有的程序，使之能在Quartus II中編譯通過(guò)；2．完善測(cè)試手段。同時(shí)，我也要對(duì)幾位師兄和同學(xué)的幫助表示衷心的感謝！167。 Funcode(0)=sFuncode0(2)。 sFuncode2=000000000000000000000000。 sRC_CtrlSig0=111111111111111111111111。在接下來(lái)的每個(gè)時(shí)鐘下降延，將這3個(gè)信號(hào)逐個(gè)逐個(gè)取出，組合在一起形成CtrSig信號(hào)。 signal KeepAdd: std_logic_vector(2 downto 0)。 signal sRC_CtrlSig2 : std_Logic_Vector(23 downto 0)。 BtoTMP1 : out std_Logic。 ToAddrBus : out std_Logic。BUStoTMP2：提供給ALU的信號(hào)，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)讀入TMP2；ToAddrBus：提供給ROM控制器信號(hào)，將ROM內(nèi)容輸出到地址總線；這個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生是由于在VHDL語(yǔ)言里，不能對(duì)同一個(gè)變量在不同的process里進(jìn)行賦值，否則編譯的時(shí)候?qū)?huì)出錯(cuò)。P口鎖存器：包括8051的P0到P3端口。復(fù)位時(shí)把堆棧指針SP置為07H。內(nèi)部數(shù)據(jù)交換可以采用信號(hào)賦值形式或者采取總線結(jié)構(gòu)。對(duì)于單周期指令，在此執(zhí)行完畢，返回第1狀態(tài)，開(kāi)始執(zhí)行下一條指令；否則，還要經(jīng)過(guò)下面的狀態(tài)，完成指令的執(zhí)行。因?yàn)闀r(shí)鐘發(fā)生器是上述的2分頻觸發(fā)器，所以它是振蕩周期的兩倍，時(shí)鐘周期被分為兩個(gè)節(jié)拍，即P1節(jié)拍和P2節(jié)拍。作為第一功能使用時(shí)，作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。本報(bào)告將著重介紹8051IP核模塊的劃分以及譯碼器部分的實(shí)現(xiàn)。 其他輔助工具在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，還用到了其他一些開(kāi)發(fā)工具，如Keil公司的Keil μVision等。 Altera公司的Max＋Plus IIAltera 的MAX+PLUS II可編程邏輯開(kāi)發(fā)軟件，提供了一種與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的全集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，使設(shè)計(jì)者能對(duì)Altera的各種PLD系列方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。片內(nèi)RAM、ROM容量加大，尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器接口。盡管PC機(jī)的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，但是，在工控領(lǐng)域、在日益追求小而精，輕而薄的自動(dòng)化控制器月動(dòng)化儀器儀表、家電產(chǎn)品等方面，PC機(jī)仍有所不相適宜。目前，VHDL’93的擴(kuò)展工作扔在進(jìn)行之中。從底向上（bottomup）設(shè)計(jì)方法這種方法可以看作是從頂向下設(shè)計(jì)的逆向過(guò)程。這使人們認(rèn)識(shí)到，越來(lái)越龐大的集成電路產(chǎn)業(yè)體系并不有利于整個(gè)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展，分才能精，整合才成優(yōu)勢(shì)。第一次變革：以加工制造為主導(dǎo)的IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義及目標(biāo) 13 畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義 13 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo) 14第二章 系統(tǒng)總體規(guī)劃與構(gòu)思 15167。 譯碼/控制模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 27 27第四章 總結(jié)與展望 33167。IC產(chǎn)業(yè)僅處在以生產(chǎn)為導(dǎo)向的初級(jí)階段。3．綜合綜合（synthesis硬件描述語(yǔ)言（Hardware Description Language, HDL）就是順應(yīng)這種情況而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。用VHDL書(shū)寫(xiě)的源文件，既是程序又是文檔，既是技術(shù)人員直接交換信息的文件，又可作為合同簽約者之間的文件。也正是由于這種原因，從80年代以來(lái)，無(wú)論是教學(xué)科研領(lǐng)域，還是工程開(kāi)發(fā)部門(mén)，學(xué)習(xí)單片機(jī)，應(yīng)用單片機(jī)，新技術(shù)浪潮一浪高過(guò)一浪。MCS51是Intel公司生產(chǎn)的其中一個(gè)單片機(jī)系列的名稱。這無(wú)疑極大地威脅這我國(guó)信息網(wǎng)絡(luò)乃至整個(gè)國(guó)家的安全；制約著我國(guó)微電子行業(yè)乃至整個(gè)信息行業(yè)的發(fā)展；限制著我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM（4KB/8KB），用以存放程序，數(shù)據(jù)和表格。③PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。但在功能單元的控制上卻有了重大變化，采用了特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方法。④ 指令周期：是執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間，一個(gè)指令周期通常含有1～4個(gè)機(jī)器周期。由于單片機(jī)指令的執(zhí)行過(guò)程是一個(gè)周而復(fù)始的取指令、分析指令和執(zhí)行指令的過(guò)程，微處理器可以看成是典型地帶有數(shù)據(jù)路徑地有限狀態(tài)機(jī)，其中時(shí)鐘電路與控制單元組合構(gòu)成了有限狀態(tài)機(jī)，指令的運(yùn)算在數(shù)據(jù)路徑中進(jìn)行，外圍電路構(gòu)成CPU的協(xié)處理器。但是，對(duì)于較簡(jiǎn)單的硬件，采用分別譯碼方案，電路規(guī)模要小一些。其實(shí)現(xiàn)的功能包括完成4種工作方式的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；每個(gè)S5P2檢查外部中斷；向中斷控制部分提供4個(gè)中斷申請(qǐng)標(biāo)志。第三章 譯碼/控制模塊的實(shí)現(xiàn)167。167。subSP：提供給RAM控制器的信號(hào)，SP－1信號(hào)；Funcode：提供給ALU的信號(hào)，ALU根據(jù)Funcode來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的算術(shù)、邏輯等運(yùn)算。 subSP : out std_Logic。 ALUtoB : out std_Logic。 signal sDataBus4 : std_logic_vector(23 downto 0)。 signal sBustotmp2: std_logic_vector(23 downto 0)。 單周期指令 sPC_AR=111。039。 ROM_Controller RC_CtrlSig(0)=sRC_CtrlSig0(21)。到這里，操作碼以及形成。在軟件測(cè)試上需要盡量大的覆蓋每種可能出現(xiàn)的狀況，在硬件測(cè)試上最好能做專門(mén)的測(cè)試電路對(duì)下載以后的FPGA進(jìn)行測(cè)試。最后，我要對(duì)指導(dǎo)老師賀前華教授和韋崗教授表示衷心的感謝，他們耐心的指導(dǎo)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度讓我深深感動(dòng)。 Atotmp2=sAtotmp2(2)。 sFuncode1=000000000000000000000000。139。在C1S1P2譯碼過(guò)程中，譯碼/控制器根據(jù)指令的類型對(duì)這幾個(gè)信號(hào)賦值。 signal sAddsp: std_logic_vector(23 downto 0)。 signal sRC_CtrlSig1 : std_Logic_Vector(23 downto 0)。 ALU AtoTMP2 : out std_Logic。 MOVXf : out std_Logic。BUStoTMP1：提供給ALU的信號(hào)，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)讀入TMP1；MOVXf：指令為MOVX時(shí)有效；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們遇到了一個(gè)“多驅(qū)動(dòng)源”的問(wèn)題。RAM模塊：模塊中包括128字節(jié)的RAM和堆棧指針SP。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的8051內(nèi)核從功能上主要?jiǎng)澐譃镽OM模塊（ROM_Controler）、譯碼器模塊（Decoder）、RAM模塊（RAM_Controler）、計(jì)數(shù)器模塊（Timer）、中斷控制模塊（Interrupt）、通用異步接收/發(fā)送控制器模塊（UART）、算術(shù)運(yùn)算單元控制模塊（ALU_Controler）等組成。第6個(gè)狀態(tài)協(xié)會(huì)結(jié)構(gòu)。② 時(shí)鐘周期：又稱狀態(tài)周期或S周期。④P3口（10腳～17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口，在MCS51中，這8個(gè)引腳還用于專門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。XTAL2（18腳）接外部晶體的另一端。由于8051單片機(jī)內(nèi)部采用模塊結(jié)構(gòu)，因此本次設(shè)計(jì)任務(wù)也按照各個(gè)不同模塊來(lái)進(jìn)行劃分。是進(jìn)行前端開(kāi)發(fā)的最好的工具