开发一个与8051单片机完全兼容的IP内核

目录 1 目录 摘要 .......................................................... 3 Abstract ...................................................... 4 第一章 绪论 .................................................. 5 §1.1 集成电路设计简介 ................................... 5 1.1.1 集成电路发展简史 ................................. 5 1.1.2 集成电路设计流程 ................................. 6 1.1.3 集成电路设计方法 ................................. 8 §1.2 VHDL语言简介 ....................................... 8 1.2.1 硬件描述语言 ..................................... 8 1.2.2 VHDL语言 ....................................... 9 §1.3 MCS-51单片机简介 .................................. 10 1.3.1 单片机的产生和发展 .............................. 10 1.3.2 Intel MCS－51单片机 ........................... 11 §1.4 开发工具的选择 .................................... 11 1.4.1 VHDL开发工具 .................................. 11 1.4.2 Altera公司的Max＋Plus II ...................... 12 1.4.3 Altera公司的Quartus II ........................ 12 1.4.4 Aldec公司的Active HDL ......................... 12 1.4.5 其他辅助工具 .................................... 13 §1.5 本次毕业设计的意义及目标 .......................... 13 1.5.1 毕业设计的意义 ................................. 13 1.5.1 毕业设计的目标 ................................. 14 第二章 系统总体规划与构思 ................................... 15 §2.1 MCS-51单片机的总体结构 ............................ 15 2.1.1 MCS－51单片机硬件结构的特点 ................... 15 2.1.2 MCS-51单片机的引脚描述 ........................ 15 2.1.3 MCS－51片内总体结构 ........................... 17 §2.2 MCS-51单片机的指令分解 ............................ 19 2.2.1 CPU时序 ........................................ 19 2.2.2 指令分解 ........................................ 20 §2.3 各部分模块的初步划分 .............................. 22 2.3.1 总体设计思想 .................................... 22 2.3.2 各模块的划分 .................................... 22 2.3.3 各模块的简单说明 ................................ 24 第三章 译码/控制模块的实现 .................................. 26 目录 2 §3.1 译码/控制模块设计思想 ............................. 26 3.1.1模块功能 ........................................ 26 3.1.2设计思想 ........................................ 26 §3.2 译码/控制模块的实现过程 ........................... 27 3.2.1接口及控制信号 .................................. 27 第四章 总结与展望 ........................................... 33 §4.1 阶段成果和心得 .................................... 33 §4.2 不足与展望 ........................................ 33 4.2.1 存在的不足 ...................................... 33 4.2.2 改进意见 ........................................ 34 附录 ......................................................... 35 参考文献 ................................................ 35 摘要

3 摘要 MCS-51是Intel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、应用方便，已成为单片机领域的实际标准。而VHDL语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、科研机构在使用VHDL语言进行系统开发。 本文详细介绍应用VHDL语言进行MCS－51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，重点讲述控制/译码模块的实现。

关键词：硬件描述语言，机器周期，指令周期 Abstract

4 Abstract

MCS-51 is the name of a Micro Chip Unit(MCU) that produced by Intel Corporation. These MCUs were first produced in 1980. It has powerful function and can be easily used, so it becomes the standard of the MCUs. And VHDL(VHSIC Hardware Description Language) is a kind of HDL(Hardware Description Language), which is applied extensively. More and more electronic company and organization develop their system by using this language. This article will introduce how to use VHDL to develop a MCU that is compatible with MCS-51, including the decomposition of machine command, division of function model, the realization of each model, and so on. And among all, it will go into much greater detail on the subject of the realization of controller/decoder unit.

key words: HDL, machine cycle, command cycle 第一章 绪论

5 第一章 绪论

§1.1 集成电路设计简介 1.1.1 集成电路发展简史 自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（Intergrated Circuit—简称IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃，创造了一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路产业。 回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今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）到今天特大规模集成电路（ULSI）发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（System-on-a-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，其产业结构经历了三次变革。

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年代，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，IC设计只作为附属部门而存在。这时的IC设计和半导体工艺密切相关。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。

第二次变革：Foundry公司与IC设计公司的崛起。 80年代，集成电路的主流产品为微处理器（MPU）、微控制器（MCU）及专用IC（ASIC）。这时，无生产线的IC设计公司（Fabless）与标准工艺加工线（Foundry）相结合的方式开始成为集成电路产业发展的新模式。 随着微处理器和PC机的广泛应用和普及（特别是在通信、工业控制、消费电子等领域），IC产业已开始进入以客户为导向的阶段。一方面标准