文档介绍：8051单片机的FPGA设计与实现第一章前言20世纪末在计算机技术逐渐发展的情况写,电子技术得到了飞速的发展,现代电子产品已经渗透到了社会的各个领域,有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品的性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。电子技术发展的根基是微电子技术的进步,它表现在大规模集成电路加工技术,即半导体工艺技术的发展上,表征半导体工艺水平的线宽已经达到60nm以下,并还在不断缩小;在硅片单位面积上集成了更多的晶体管,集成电路设计在不断地向超大规模,极低功耗和超高速的方向发展;专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)的设计成本不断降低,在功能上,现代的集成电路已能够实现单片电子系统SOC(Systemonachip)的功能。另外集成电路(IC)技术在微电子领域中占有重要的地位。且伴随着IC技术的发展,电子设计自动(ElectronicDesignAutomation,EDA)已经逐渐成为重要的设计手段,其广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的32位300M的高速单片机。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。FPGA是英文Field-ProgrammableGateArray的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(ellArray)这样一个新概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)、输出输入模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。CPLD与FPGA的内部结构稍有不同,但用法一样,所以多数情况下,不加以区分。FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片,它们除了具有ASIC的特点之外,还具有以下几个优点:随着VLSI(VeryLargeScaleIC,超大规模集成电路)工艺的不断提高单一芯片内部可以容纳上百万个晶体管,FPGA/CPLD芯片的规模也越来越大,其单片逻辑门数已达到上百万门,它所能实现的功能也越来越强,同时也可以实现系统集成。FPGA/CPLD的资金投入小,节省了许多潜在的花费。用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能。所以,用FPGA/PLD试制样片,能以最快的速度占领市场。FPGA/CPLD软件包中有各种输入工具和仿真工具,及版图设计工具和编程器等全线产品,电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真,直至最后芯片的制作。当电路有少量改动时,更能显示出FPGA/CPLD的优势。现有的电子系统设计多数采用微控制器为核心,辅以必要的外围器件如ADC、DAC和存储器等,这样的系统做出来的线路板较大,且调试复杂;而且如果系统内有高速器件,则微控制器的选择将会是个困难;虽然可通过程序升级增加或改进功能,但硬件一旦设计完成,是无法更改的。FPGA(现场可编程门阵列)与CPLD(复杂可编程逻辑器件)都是可编程逻辑器件,它们是在PAL,GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。同以往的PAL、GAL等相比较,FPGA/CPLD的规模比较大,它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA/CPLD实际上就是一个系统部件。由于其应用的灵活性,这种芯片受到世界范围内电子工程设计人员的广泛关注和普遍欢迎。第二章FPGA系统的简介在数字化、信息化的时代,数字集成电路应用得非常广泛。随着微电子技术与工艺的发展,数字集成电路从电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路(VLSI)逐步发展到今天的专用集成电路(ASIC)。ASIC的出现降低了产品的生产成本,提高了系统的可靠性,减小了产品的物理尺寸,推动了社会的数字化进程。但是A