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1、基于8051IPCore的 8位MCU芯片设计,VLSI设计第三部分邬齐荣,8位MCU芯片设计概述 8位MCU芯片系统架构 VLSI软硬件协同设计 VLSI逻辑综合,基于8051IPcore的RFID读卡器控制器芯片系统设计,8051MCU概况 设计方法 系统架构 软件开发方法 软硬件协同仿真,MSC-51概况,8位单片机工业标准 Intel MSC-51 8位MCU(微控制器) 通用单片机8052的8位MCU、16位MCU等单片机 专用单片机8位MCU RISC指令系统 实时控制系统 8051MCU芯片应用 8051MCU芯片市场,MCS-51基本架构,ALU(运算器） 专用寄存器 ACC(
2、累加器）， B寄存器（乘除数据）， PSW（程序状态寄存器）SP（ 堆栈指针）， DPTR（数据指针）,LP0-3（端口0-3锁存器）, SBUF（串行数据缓冲器）,TR（定时器）, CR（控制器）,PC（程序指针）. 通用寄存器 RAM ,ROM. 其他数字电路和模拟电路,MCS-8051架构图,MCS-51架构特点,符合工业标准 RISC指令系统 哈佛结构，程序存储器，数据存储器 三总线结构：控制总线，位地址线，位数据线 存储器结构：程序存储器，内部数据存储器，内部字节 通用寄存器和特殊寄存器 位可编程定时器计数器 中断控制器 异步串行通信接口 ,汽车系统应用方案 - MOTOROLA68
3、HC05B6例子,汽油机管理,柴油机电喷注等。 电子传动控制等动力传输系统等。 通信系统和GPS系统。传感器系统:轮胎压力检测传感器等。 音像系统,汽车DVD等 动力管理系统。,设计的层次,系统级,逻辑R T L 级,晶体管级,版图级,设计方案,软硬件协同设计步骤,设计流程,设计工具,软件开发环境Keil51 和单片机实验板。 程序编译、调试、数据下载。 数据转换: 十六进制转二进制 功能仿真:verilog_xl modelsim等 设计综合编译器: D C ，Ambit. 静态时序分析:PT,Pearl. 自动布局布线：SE,SOC42,Astro. 版图验证:Hercules-II, D
4、racula. 后仿真：N a n o S i m, Hspice,实现工艺,0.35微米或0.18微米工艺 SiCmos工艺 1P4M-1P6M,金属铜布线 支持数模混合信号电路 存储器编译器生存储器成版图 ROM存储器采用Prom或掩膜ROM或FLASH工艺。,8位机应用程序,C语言和ASM汇编语言 8051工业标准指令系统,111条指令 逐条执行指令 支持数据通信接口,软件开发环境,Keil51等开发工具支持通用八位机和专用八位机 宿主机和目标机 软件仿真器,DP-51H仿真器简介,集成的PHILIPS 80C51单片机开发平台 Keil51系统 编程、调试程序 图形界面，使用方便 支持
5、PC机，232串口连接 DPFLASH下载器 下载软件 调试软件 监控程序 Keil C51评估版 具有ISP 功能32KB SRAM键盘/显示电路RS232 串行通讯接口 RS485 128*64 点阵液晶显示屏接口TCP/IP 以太网接口 USB 2.0 接口CAN 2.0B 应用程序支持以上模块,ROM数据转换(1),Keil51输出程序的进制ex文件 将ex文件编译成进制文件 在下执行hex2dual.exe命令 语法 Hex2dual.exe 文件名hex,LCMCS2_C0M EQU 4004H LCMCS2_DAT EQU 4005H LCMCS1_COM EQU 4000H L
6、CMCS1_DAT EQU 4001HORG 8000H AJMP MAIN ORG 8100H,00000001 10000000 01110101 10000001 00111100 00100000 10110011 00001111 000100,:0280000021005D :1081000075813C20B30F313530B3FD3127C290C2A9 :1081100091C292517020B4EB313530B4FD3127D289 :1081200090D291D292313E7D40B2933130DDFA222D :108130007FFFDFFE227F907
7、E80DEFEDFFA22743F2B :1081400071A271C8744071A274B871A2780090874E :10815000F3E89371B508B840F8744071A274B9712E :10816000A2E89371B508B880F8744071C874B8710A,ROM数据转换(2),在ROM的hdl文件指定进制文件,entity mc8051_rom is generic (c_init_file : string := “mc8051_rom.dua“);port ( clk : in std_logic; - clock signalreset :
8、 in std_logic; - reset signa rom_data_o : out std_logic_vector(7 downto 0); - data outputrom_adr_i : in std_logic_vector(15 downto 0); - adresses end mc8051_rom; .,软硬件协同仿真,00000001 10000000 01110101 10000001 00111100 00100000 10110011 00001111 000100,:0280000021005D :1081000075813C20B30F313530B3FD31
9、27C290C2A9 :1081100091C292517020B4EB313530B4FD3127D289 :1081200090D291D292313E7D40B2933130DDFA222D :108130007FFFDFFE227F907E80DEFEDFFA22743F2B :1081400071A271C8744071A274B871A2780090874E :10815000F3E89371B508B840F8744071A274B9712E :10816000A2E89371B508B880F8744071C874B8710A,RFID专用8位MCU设计 -基于MC8051IP
10、core,RFID读卡器方案 读卡电路MF RC500 支持MIFARE双向接口卡芯片及ISO14443A1协议； 操作距离达10厘米； 内部带有加密单元； 与微控制器通过接口连接，同时具有内部地址锁存器及中断引线； 灵活的中断处理机制； 能自动监测并行接口连接的微控制器类型； 具有64字节的先进先出缓存； 可编程定时器； 具有独一无二的编号； 支持以字节或位为单位的帧传输； RFID读卡器应用MF RC500 适用于各种基于ISO/IEC 14443A 标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。 公共交通终端；手持终端； 非接触式PC 终端；非接触式公用电话,计量
11、等.,SCUME002芯片,基于mcu 8051微控制器软核的系统架构设计. 以oregano组织提供的标准8051软核为基础，对其加以优化、完善（低功耗控制，I/O口优化）. 集成了IIC，CAN两种总线控制器软核，形成一个简单的片上系统SOCSCUME002芯片； 对SCUME002芯片各功能单元做功能仿真，仿真一应用程序，验证芯片功能。 SMIC(中芯国际)0.18 1P6M工艺,液晶显示模块与MCU的硬件连接,行驱动器及列驱动器与微处理器的连接。通常需要考虑接口的逻辑设计和接口的时序设计。如图。 接口的逻辑设计就是根据液晶显示模块提供的接口信号，结合微处理器系统读写外部I/O设备的操作
12、方式，设计出微处理器系统控制液晶显示模块的硬件接口电路。 时序设计就是根据已设计好的硬件接口电路，根据微处理器系统操作外部I/O设备的读写时序，设计出可以满足液晶显示模块读写时序要求的实现时序。,RFID读卡器初始化软件设计,实现功能：在DP-51h实验仪完成LCM点阵图形液晶显示,在液晶屏上实现“四川大学微电子RFID设备追踪系统”和“四川大学微电子RFID专用MCU芯片”的分页显示。如果按下KEY1则显示前一页，同时点亮发光管LED1LED3；按下KEY2则显示后一页，同时熄灭LED1LED3，蜂鸣器发出提示声响。 编写LCD显示程序，经编译下载至单片机实验板上的存储器。运行程序。,SCU
13、ME002架构,性能参数 mc8051IP核, CPU 最大速度50MH. VDD 3.3v 最大功耗 10毫瓦. ROM 4KB ,片外ROM 64KB,RAM 128B,片外64KB. 定时器2个,外部中断2个.双向I/O口4个,P1-P4(包括多功能口),异步串行通信口2个.异步串行通信口2个.,IIC接口,CAN接口.smic0181P4M工艺,面积1.5平方毫米.,mcu 8051概述,同步设计 优化的架构，速度提升可达10倍,平均指令周期占2.5个时钟,CPU可达50MH 用户可设置是一个用VHDL语言写成的可综合的微控制器模块，完全遵循MCS-51标准,且指令集与工业标准8051
14、微控制器兼容 全定时/计数器及串口单元数目，并可通过特殊功能寄存器使能之可选择是否使用并行乘法单元实现乘法指令 可选择是否实现十进制调整指令 无多路选择I/O端口 128字节内部RAM, 64K字节ROM及64K字节RAM. GNU LGPL许可下，源代码可免费获取 独立于工艺之外，架构清晰，VHDL源代码注释清晰，易扩展, 通过VHDL中常数的定义，可实现参数化设计,MC8051结构,MC8051VHDL,VHDL entities entity-name_.vhdVHDL architectures entity-name_rtl.vhd for modules containing lo
15、gicentity-name_struc.vhd for modules just connecting submodulesVHDL configurations entity-name_rtl_cfg.vhdentity-name_struc_cfg.vhd,MC8051层次,MC8051结构,同步单时钟 存储器接口无寄存器 Timer/Counter, Serial Interface, and Interrupts可配置,- Select how many timer/counter units should be implemented - Default: 1 constant C
16、_IMPL_N_TMR : integer := 1; - Select how many serial interface units should be implemented - Default: C_IMPL_N_TMR -(DO NOT CHANGE!)- constant C_IMPL_N_SIU : integer := C_IMPL_N_TMR; - Select how many external interrupt-inputs should be implemented - Default: C_IMPL_N_TMR -(DO NOT CHANGE!)- constant C_IMPL_N_EXT : integer := C_IMPL_N_TMR; -,
