硕士论文-mcs-51单片机与fpga的接口逻辑设计

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1、河北工业大学硕士论文MCS-51单片机与FPGA的接口逻辑设计摘要数字电路由早期的电子管、晶体管、中小规模集成电路发展到超大规模集成电路以及具有特定功能的专用集成电路ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）。随着微电子技术的发展，出现了现场可编程逻辑器件FPLD，其中应用最广泛的是现场可编程门阵列FPGA。FPGA（Field-ProgrammableGateArray）具有使用灵活、高集成度、低功耗、设计快速、现场可编程等优势，在系统设计中经常会用到FPGA来扩展单片机的相关资源。单片机具有性价比高、功能灵活、易于人机对话、强大的数据处理能

2、力等特点，因此，系统设计中将单片机数据处理的优势与FPGA高速集成、执行快速的特点相结合，能够设计出既有强大控制功能又能使各项功能快速执行的系统。基于这种需求，MCS-51单片机与FPGA之间的通信便显得尤为主要，有很强的现实意义。本课题通过研究FPGA的技术特点及应用、单片机接口的实现方式以及软件的仿真等，设计了MCS-51单片机与FPGA通信的接口逻辑电路，实现单片机与可编程逻辑器件数据与控制信息的可靠通信。接口主要有并行接口和串行接口。设计采用的是VHDL语言的文本输入方式，设计比较灵活，按照接口的要求设计逻辑电路。并行接口是利用单片机的I/O口，并按照读写时序设计逻辑，使得单片

3、机与FPGA之间的数据可以相互传送。串行接口是由波特率发生器、接收器和发送器模块组成，通过各模块的功能设计接口逻辑。利用仿真软件QuartusⅡ进行分析综合、功能仿真与时序仿真，生成分析报告以及内部逻辑电路，并得出仿真结果，验证接口的可行性。关键词：单片机，FPGA，接口逻辑，数据通信39河北工业大学硕士论文MCS-51MICROCONTROLLERINTERFACEANDFPGALOGICDESIGNABSTRACTDigitalcircuitdevelopedfromtheearlyelectrontubes,transistors,smallandmedium-scaleinte

4、gratedcircuitstoaverylargescaleintegratedcircuitsandapplicationspecificintegratedcircuitwithaspecificfunctionASIC.Withthedevelopmentofmicroelectronics,therehavebeenfield-programmablelogicdevices,inwhichfield-programmablegatearrayisthemostwidelyapplication.FPGAwithflexibleapplication,highlyintegr

5、ated,lowpowerconsumption,fastdesign,field-programmableandotheradvantagesisoftenusedtoexpandthemicrocontrollerrelatedresourcesinthesystem.SCMhashighercost-effective,flexiblefunction,easydialoguetoman-machine,powerfuldataprocessingcapabilitiesandothercharacteristics.Therefore,combinedtheadvantages

6、ofSCMdataprocessingtothehigh-speedintegrationandfastimplementationofFPGA,itcandesignthesystemwithpowercontrolfunctionandrapidimplementationofthevariousfunctions.Basedonthedemand,thecommunicationbetweenMCS-51microcontrollerandFPGAbecomesmoreimportantandhasastrongpracticalsignificance.Bystudyingth

7、etechnicalcharacteristicsandapplicationofFPGA,theimplementationsofMCUinterfacesandthesoftwaresimulation,theinterfaceslogiccircuitsofMCS-51MCUandFPGAcommunicationhavebeendesignedtorealizethereliablecommunicationbetweenSingleC