开发一个与8051单片机完全兼容的IP内核.docx

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1、书目摘要第一章绪论5 1.1 成电路设计简介51.1.1 集成电路发展简史51.1.2 集成电路设计流程61. 1.3集成电路设计方法81.2 VHD1.语言简介81.2.1 硬件描述语言81.2.2 VHD1.语言91.3 1.3MCS-51单片机简介101.3.1 单片机的产生和发展101.3.2 InteIMCS51单片机111.4 开发工具的选择111 VHD1.开发工具112 AItera公司的MaX+P1.us11123 AItera公司的QUartUSII124 A1.dCC公司的ACtiv。HDI121.4.5其他协助工具131.5本次毕业设计的意义及目标131.5.1 毕业设

2、计的意义131.5.2 毕业设计的目标14其次章系统总体规划与构思152.1MCS-51堆片机的总体结构152.1.1VCS-51单片机硬件结构的特点152.1.2MCS-5I单片机的引脚描述152.1.3MCS-51片内总体结构172.2MCS-51堆片机的指令分解192.2.1CPU时序192.2.2指令分解202.3各部分模块的初步划分221.1.1 3.1总体设计思想221.1.2 各模块的划分221.1.3 各模块的简洁说明24第三章译码/限制模块的实现263.1译码/限制模块设计思想263.1.1模块功能263.1.2设计思想263.2洋码/限制模块的实现过程273.2.1接口及限

3、制信号27第四章总结与展望334.1 阶段成果和心得334.2 不足与展望334. 2.1存在的不足335. 2.2改进看法34附录35参考文献35摘要MCS-51是InIe1.公司生产的其中一个单片机系列的名称。该系列单片机诞生于1980年，功能强大、应用便利，已成为单片机领域的实际标准。而VHD1.i吾言则是应用广泛的一种硬件描述语言，目前越来越多的厂商、科研机构在运用VHD1.语言进行系统开发。本文具体介绍应用VHD1.语言进行MCS51兼容单片机开发的过程,包括指令的分解、模块的划分以及功能的实现等。其中，重点讲解并描述限制/译码模块的实现。关健词，硬件描述语言，机器周期，指令周期AM

4、rae1.AbstractMCS-51isthenameofaMicroChipUnit(MCU)thatproducedbyInte1.Corporation.TheseMCUswerefirstproducedin1980.Ithaspowerfu1.functionandCanbeeasi1.yused,soitbecomesthestandardoftheMCUs.AndVHD1.(VHSICHardwareDescription1.anguage)isakindofHD1.(HardwareDescription1.anguage),whichisapp1.iedextensive1

5、.y.Moreandmoree1.ectroniccompanyandorganizationdeve1.opIheirsystembyusingthis1.anguage.Thisartic1.ewi1.1.introducehowtouseVHD1.todeve1.opaMCUthatiscompatib1.ewithMCS-51.inc1.udingthedecompositionofmachinecommand,divisionoffunctionmode1.,therea1.izationofeachmode1.,andsoon.Andamonga1.1.itwi1.1.gointo

6、muchgreaterdetai1.onthesubjectoftherea1.izationofContro1.IerZdecoderunit.keywords:HD1.machinecyc1.e,commandcyc1.e第一章绪论 1.1 成电路设计简介1.1.1 集成电路发展简史自1958年美国德克萨斯仪器公司(T1.)独创集成电路(IntergratedCirCUit一简称IO后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年头先后独创了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标记者由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和顺的匕跃,创建了个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业集成电

7、路产业。回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自独创集成电路至今40多年以来，”从电路集成到系统集成”这句话是对IC产品从小规模集成电路(SSI)到今日特大规模集成电路(1.I1.SI)发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经验f从传统的板上系统(System-on-board)到片上系统(Systenrona-chip)的过程。在这历史过程中,世界IC产业为适应技术的发展和市场的需求，其产业结构经验了三次变革。第一次变革：以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段.70年头，集成电路的主流产品是微处理器、存储器以及标准通用逻辑电路，这一时期IC制造商(IDM)在IC市场中充当主要角色，I

8、C设计只作为附属部门而存在。这时的IC设计和半导体工艺亲密和关。IC设计主要以人工为主，CAD系统仅作为数据处理和图形编程之用.IC产业仅处在以生产为导向的初级阶段。其次次变革：FoUndry公司与IC设计公司的堀起。80年头，集成电路的主潦产品为微处理器(HPU)、微限制器C1.CU)及专用IC(SIC).这时，无生产线的IC设计公司(Fab1.ess)与标准工艺加工线(Foundry)相结合的方式起先成为集成电路产业发展的新模式。陨若微处理罂和PC机的广泛应用和普及(特殊是在通信、工业限制、消费电子等领域)，IC产业已起先进入以客户为导向的阶段.一方面标准化功能的IC已难以满意整机客户对系

9、统成本、牢靠性等要求，同时整机客户则要求不断增加IC的集成度，提高保物性，减小芯片面积使系统的体积缩小，降低成本，提高产品的性能价格比，从而增加产品的竞争力，得到更多的市场份额和更丰厚的利润：另一方面，由丁TC微细加工技术的进步,软件的硬件化已成为可能，为了改善系统的速度和简化程序，故各种硬件结构的ASIC如门阵列、可编程逻辑器件(包括FPGA)、标准堆元、全定制电路等应运而生，其比例在整个IC销售额中1982年已占12%；其三是随着EDA工具(电子设计自动化工具)的发展，PCB设计方法引入IC设计之中,如库的概念、工艺模拟参数及其仿真概念等，设计起先进入抽缭化阶段，使设计过程可以独立于生产工

10、艺而存在。有远见的整机厂商和创业者包括风险投资基金(VC)看到AS1.e的市场和发展前知,纷纷起先成立专业设计公司和IC设计部门,一种无生产线的集成电路设计公司(Fab1.ess)或设计部门纷纷建立起来并得到快速的发展。同时也带动了标准工艺加工线(Foundry)的崛起。第三次变革：四业分别”的IC产业90年头，随着INTERNET的兴起，IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段，国际竞争由原来的资源竞争、价格竞争转向人才学问竞争、密集资本竞争。以DRAM为中心来扩大设备投资的竞争方式已成为过去。如1990年，美国以IntC1.为代表，为抗争日本跃居世界半导体榜首之威逼，主动放弃DRAM市场，大搞C

11、PU,对半导体工业作了重大结构调整，又重新夺回了世界半导体新主地位。这使人们相识到，越来越浩大的集成电路产业体系并不有利于整个IC产业发展，分才能精，整合”才成优势。于是，IC产业结构向高度专业化转化成为一种趋势，起先形成/设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面。IC设计企业则更加接近市场和了解市场，通过创新开发出高附加值的产品，干脆推动着电子系统的更新换代：同时,在创新中获得利涧，在快速、协调发展的基础上积累资本，带动半导体设备的更新和新的投入：IC设计业作为集成电路产业的龙头”，为整个集成电路产业的增长注入了新的动力和活力。1.1.2 集成电路设计流程现代集成电路设计的基本流程如下图

12、所示:从图中可以看出，集成电路设计过程是从顶向下的过程，其流程大致如下：1 .行为设计硬件设计者依据客户的功能定义进行行为设计，对各个电路功能模块用硬件描述语言(HDD完成行为级描述。2 .布局规划和优化、仿真对上一步中完成的描述进行布局规划，在进行算法优化的同时，通常还有进行向RT1.级描述的转换，使现有的EDA工具能够对布局规划的结果进行逻辑综合。3 综合蔡合(SynIhCSiS)的目标是将前面汨到的硬件描述语言转换为与具体硬件相对应的网表文件。4 .逻辑设计与逻辑图输入将网表文件与厂家工艺阵相对应，将网表文件转换成真正的硬件连接关系.5 .布局布线对上一步的硬件连接关系进行布局布线，这有

13、点类似于在EDA设计中运用Prote1.进行PCB版的设计。6 .后仿真对网表文件进行综合后仿或，看设计能否满意要求。7 .版图生成与验证对布局布线生产的版图进行仿真验证。8 .芯片制造将版图交付厂家进行芯片的流片生产。1.1.3集成电路设计方法常用的集成电路设计方法有从顶向下（top-down）和从底向上bottom-up）的设计方法.从顶向下（IoPdown）设计方法设计者依据系统内容，把系统划分为单元，然后再把每个雎元划分为下层次的单元，直到设计的最底层为止。从底向上（boton-up）设计方法这种方法可以看作是从顶向下设计的逆向过程。设汁者也是从系统级起先对设计进行逐次划分，但划分过程

14、必需从存在的基本雎元触发，设计的最底层是已经制造出来的单元或者是其他项目已开发好的单元以及可外购得到的单元。1.2VHD1.语言简介1.2.1 硬件描述语音随着电子技术的发展，生成电路的规模越来越大，困难程度也越来越高。对于如此大规模的和负责程度的电路设计问迤，传统的门级描述方法显得过于琐碎和难以管理。硬件描述语言（HardwareDescripiion1.anguage.HDD就是顺应这种状况而产生和发展起来的”它是一种能修以形式话方式描述电路结构和行为并用于模拟和综合的高级描述方式，具有类似于裔级程序设计语言的抽象实力。HD1.的语法和语义定义都是为描述硬件的行为服务的，它可以自然的描述硬

15、件中并行的、非的规的特性以刚好间关系。一般认为，HD1.应当具有以下实力：能在希里的抽象乂次上进行精确而简练的描述：易于产生用户手册、服务手册等文件，以便多人协作工作：在不同层次上都易于形成用于模拟和验证的设计描述：在自动设计系统中（例如高层次综合、硅编译器等）可作为设计输入:可以进行硬、软件的联合设计，消退硬、软件开发时间上的间隔：易于修改设计和把相应的修改纳入设计文件中；在希望的抽象层次上可以建立设计者与用户的通信界面。1.2.2 VHD1.语言从HD1.诞生之日起，各个EDA厂商和科研机构都在建立和运用自己的电路硬件描述语言。这些硬件描述语言各具特色，逐步成为描述硬件电路的重要手段。然而，随着HD1.应用的逐步深化，人们发觉，各种非标准HD1.之间存在的差异已成为束缚设计者选择最佳的设计环境和进行相互沟通的巨大障碍“因此，耍求HD1.标准化的呼声越来越高。VHD1.（VHSICHardwareDescriptionUnguagc）是由美国国防部在20世纪70年头末提出的VHSICVcrvHighSpeedIntegratedCircuit）安排的产物。它最初的设计思想是定义种语言用来交换陵