基于VHDL语言的单片机设计

北京工业大学

硕士学位论文

基于VHDL语言的单片机设计

姓名：宋泽明

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程指导教师：陈文揩

20040501

摘要

摘要

伴随着集成电路（Ｉｃ）技术的发展，电子设计自动化（ＥＤＡ）逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。ＥＤＡ技术的发展始干７０年代，至今经历了三个阶段。电子线路的ＣＸ＇Ｄ（计算机辅助设计）是ＥＤＡ发展的初级阶段，８０年代初期，形成了ＣＡＥ（计算机辅助工程）。也就是所谓的ＥＤＡ技术中级阶段。９０年代出现了以自动综合器和硬件描述语言为基础，全面支持电子设计自动化的ＥＳＤＡ（目ｇ子系统设计自动化），即高级ＥＤＡ阶段、也就是目前常说的ＥＤＡ。使用ＥＤＡ技术设计的结果既可以用ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ来实施验证，也可以直接做成专用集成电路（ＡＳＩＣ）。ＥＤＡ的一个重要特征就是使用硬件描述语言（ＨＤＬ）来完成的设计文件，诞生于１９８２年的ＶＨＤＬ语言是经ＩＥＥＥ确认的标准硬件描述语言，在电子设计领域受到了广泛的接受。本文首先综述了ＥＤＡ技术和ＰＬＤ器件的发展概况；然后对ＭＣＳＳ０５１单片机的原理进行介绍和分析；接着介绍使用ＦＰＧＡ进行开发设计的优点以及ＶＨＤＬ语苦和ＭＡＸＰＬＵＳ软件的特点，也介绍了本文的设计方案；接下来介绍使用ＥＤＡ技术，用ＶＨＤＬ语言完成了８０５１单片机的设计工作；最后介绍了ＥＤＡ技术的前沿发展趋势及系统开发中的几点体会。

本文的难点在于ＣＰＵ和数模转换器的设计，主要体现在算术逻辑单元ＡＬＵ算术运算的算法实现和控制单元的状态机的设计；以及数模转换器的∑。△调制方法的实现。通过如上的算法实现，可以看出ＶＨＤＬ语言在算法级的设计上具有很多的优势和特点。

关键词电予设计自动化（ＥＤＡ）ＶＩｊＢＬ语言ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ８０５１单片机

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＴｈｅＥ１ｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＥＤＡ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔ

ａｎｄｄｉｇｉｔａｌｃｉｒｃｕｉｔｓｙｓｔｅｍａｓｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ’８ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆａｎａｌｏｇ

ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｇｒｏｗｉｎｇ．ＴｈｅＥＤＡｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｌｏｓｅｌｙ

ａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，ｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｆｏｒｗａｒｄｅｄＩｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｒｏｄｕｃｔａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｔｗａｓｆｉｒｓｔｌｙｐｕｔ

７０ｓ。ＡｎｄｔｉｌｌｎｏｗｔｈｅｒｅｈａｓｂｅｅｎｔｈｒｅｅｓｔａｇｅｓｏｆｔｈｅＥＤＡ．Ｔｈａｔｉｓｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒａｉｄｅｄｄｅｓｉｇｎ（ＣＡＤ）ｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｉｒｃｕｉｔｉｎ７０ｓ，ｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒａｉｄｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＣＡＥ）ｉｎ８０ｓａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＥＳＤＡ）ｉｎ９０ｓ．ＴｈｅＥＳＤＡ，ＷｈｉｃｈｉｓｃａｌｌｅｄＥＤＡｎＯＷ，ｉｓｂａｓｅｄＯｎｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒａｎｄｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｌａｎｇｕａｇｅ（ＨＤＬ）．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｓｕｌｔｏｆＥＤＡＣａｎｎｏｔｏｎｌｙｂｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙＦＰＧＡ／ＣＰＬＤｂｕｔａｌｓｏｂｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ（ＡＳｌＣ）．ＯｎｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅＥＤＡｉｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｄｏｃｕｍｅｎｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｙｔｈｅＨＤＬ．ＴｈｅＶＨＤＬｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｌａｎｇｕａｇｅｓｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙＩＥＥＥ，ｗｈｉｃｈｗａｓｆｉｒｍｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎ１９８２．Ａｎｄｉｔｗａｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｓｉｇｎｅｒｎｏｗ．ＷｅｆｉｒｓｔｌｙｐｒｅｓｅｎｔｓｏｍｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＥＤＡ，ＰＬＤｄｅｖｉｃｅｓｉｎ｛ｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｏｆＩｎｔｅｌ８０５１ｔｈｅｎｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ａｎｄｔｈｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ，ＶＨＤＬｌａｎｇｕａｇｅａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＭＡＸＰＬＵＳ，ａｌｓｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｄｉｇｉｔａｌ８０５１ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｆｕｌｆｉｌｌｅｄｂｙｔｈｅＶＨＤＬ，ｉｓａｌｓｏｂｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＦｉｎａｌｌｙｔｈｅｃＵｒｒｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｔｈｅＥＤＡａｎｄｍｙｓｅｖｅｒａｌｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓａｂｏｕｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｒｅｌａｔｅｄ．

ＴｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｈｏｗｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅＣＰＵａｎｄｔｈｅＤＡＣ．Ｉｔ’ＳｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＡＬＵ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅＦｉｎｉｔｅ

－Ⅱ?

ＳｔａｔｅＭａｃｈｉｎｅｉｎｔｌｌｅｃｏｎｔｒ０１ｕｎｉｔａｎｄｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ∑．ＡｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｗｉｔｈＶＨＤＬ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｂｏｖｅ，ｗｅｃａｎｋｎｏｗｔｈｅＶＨＤＬｈａｖｅｌｏｔｓｏｆａｄｖａｎｔａｇｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｎｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｌｅｖｅｌ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＥＤＡ），ＶＨＤＬ，ＦＰＧＡＪＣＰＬＤ，ＭＣＵ８０５１

－ＩⅡ一

独创性声明

本人声明所里交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。

签名：盘聋鲴日期：２１鲤垒』：丝

关于论文使用授权的说明

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