微机原理及接口技术FPGA中8051核原理介绍51核发光二极管及按键实 验实验介绍本实验分为两部分，首先进行51核的介绍，包含通常使用的51单片机及FPGA中51核的原理，通过对比，了解两者的异同。在了解了51原理后结合51核在FPGA中进行原理实现，再基于FPGA中使用工具进行51核的编程。在开发板中进行发光二极管实验，按键实验。2单片机概述单片机即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。因此单片 机早期的含义为单片微型计算机（single chip microcomputer），直接译为单片机，并一直沿用至今。3单片机应用单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的。随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对 测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。这些对外电路及外设接口已经突破了微型计算机（ microcomputer）传统的体系结构，所以更为确切反映单片机本质的名称应是微控制器。 451单片机简介-1一 常用51单片机简介1. STC89系列单片机原理551单片机简介-2主要包括：8051微处理器（高速，低功耗)RAM(程序运行时堆栈区)ROM(程序代码存储区)UART(串行口)EEPROM(掉电不丢失)A/D,ISP,看门狗四个8位并行端口651单片机简介-3751单片机简介-4STC89系列单片机有多个型号， 每个型号的ROM空间及FLASH大小 都有区别，同时运行的时钟也有区别 。851单片机简介-52. 51单片机外形图9四个并行双向数据端口： P0(内部无上拉电阻) P1(通用IO口) P2(通用IO口） P3(多复用口，有第二功能)RST复位信号 RXD-串口接收 TXD-串口发送 XTAL2，XTAL1 时钟输入VCC，VSS-电源输入51单片机简介-61 0主要性能:51单片机简介-73. 接口电路1 151单片机简介-8二 FPGA内51核简介1. 单片机核系统构建MCS51系列单片机的CPU也属于CISC CPU。 K8051单片机是以由VQM原码（Verilog Quartus Mapping File）表达的，在 QuartusII环境下能与VHDL、Verilog等其他 硬件描述语言混合编译综合，并在单片 FPGA中实现全部硬件系统，并完成软件调 试。1 251单片机简介-9与前面介绍的 CPU相同，K8051 单片机核也含有8位 复杂指令CPU，存 储器采用哈佛结构 ，K8051的指令系统 与8051/2、8031/2 等完全兼容，硬件 部分也基本相同。1 351单片机简介-10主要区别：1.K8051以网表文件存在，要下载到 FPGA中才能工作，普通的8051则以 硬件方式存在的。2.K8051无内部ROM和RAM，所有的 程序在ROM和内部RAM都必须外接 ，普通的8051芯片的RAM是在内部 的，外部的RAM以总线方式连接到 P0口3.以软核方式存在能进行硬件修改和 编辑，可以做成SOC（片上系统）。4.K8051的4个I/O口是分开的，其输 入为P0I，输出为PO1，如要实现双 向功能，要接外部电路。 1 451单片机简介-11引脚功能：1 5单片机信号端口类型功能说明ROMadr150输 出程序存储器地址总线ROMdaO70输 入程序存储器数据总线NMOE输 出程序存储器输出使能，低电平有效RAMadr70输 出片内RAM地址总线RAMdaI70输 出片内RAM数据输入总线（由单片机核输出）RAMdaO70输 入片内RAM数据输出总线FOE输 出片内RAM数据输出使能，低电平有效FWE输 出片内RAM数据写入使能，低电平有效SFROE输 出外部特殊寄存器输出使能，低电平有效SFRWE输 出外部特殊寄存器写入使能，低电平有效NESFR输入如果没有外部特殊寄存器，拉高此电平P0O70输出P0口数据输出端，8位P1O70输出P1口数据输出端，8位P2O70输出P2口数据输出端，8位P3O70输出P3口数据输出端，8位P0I70输入P0口数据输入端，8位P1I70输入P1口数据输入端，8位P2I70输入P2口数据输入端，8位P3I70输入P3口数据输入端，8位P0E70输出P0口作为双向口的控制信号8位，执行输出指令时，为低电平P1E70输出P1口作为双向口的控制信号8位，执行输出指令时，为低电平P2E70输出P2口作为双向口的控制信号8位，执行输出指令时，为低电平P3E70输出P3口作为双向口的控制信号8位，执行输出指令时，为低电平NEA输入使能程序计数器的值进入P0和P2口X1输入单片机工作时钟输 入端X2输入单片机工作时钟输 入端，但在进入休闲状态时可控制停止RESET输入复位信号线ALE输出地址锁存信号PSEN输出外部程序存储器使能，低电平有效ALEN输出对ALE和PSEN信号的双向控制信号，低电平允许输出XOFF输出振荡器禁止信号，用于省电模式IDLE输出在休闲模式中，可通过外部控制NX2的时钟输 入51单片机简介-12最小系统的构建：1 6主要器件： 1.PLL锁存器 2.RAM-256字节 3.ROM-4K字节 4.51核单片机51单片机简介-13实验中原理图分析：（打开文件)1 751单片机简介-14开发板外设接口及原理图分析：1.外部发光二极管接口电路图1 874HC245芯片提高驱动 输出高电平发光二极管亮 输出低电平发光二极管灭引脚锁定： PIN 142 LED-D0 PIN 143 LED-D1 PIN 144 LED-D2 PIN 3 LED-D3 PIN 4 LED-D4 PIN 7 LED-D5 PIN 8 LED-D6 PIN 9 LED-D751单片机简介-15开发板外设接口及原理图分析：2.FPGA内发光二极管引脚连接1 9P3O7-PIN 9 P3O6-PIN 8 P3O0-PIN14251单片机简介-163.FPGA中51核的编绎及下载（1）编绎工程。（2）连接下载JTAG口，进行下载， 点击工具条上的图标，进行下载。（3）点Hardware Setup选择下载器 ，只勾上program/configure，其 它不 选，选start进行下载。2 051单片机简介-17三 keil下51单片机编程1.环境建立。打开medwin.exe,点模拟仿真 项进入编程环境.2.medwin调用keil软件的编绎器 和链接器(设置-设置编绎目录 ），如下图所示：3.新建.c文件进行程序编写(不用 建立工程)。 2 151单片机简介-18三 keil编程语言1. 定义管脚 sbitsbit LED_0=P30;sbit LED_1=P36;sbit LED_2=P37;2.定义常用unsigned char ，定义8 位的字节类型数据，范围为0到255.3. 延时子程序作用4. 主程序中while(1)控制2 251单片机简介-19四 程序调试1. 编绎C程序，生成目标代码hex文件 。2. 打开Quartus II 中工具下的系统内存 数据编缉器。3. 点击窗口右侧的setup进行JTAG口 查找，查找后能找到一个RAM，一个 ROM。4. ROM内的数据既为程序的目标代码 ，右击ROM选import data from file 选择 生成的.hex目标文件，按复位键运行程序 。2 351单片机简介-20五 数码管相关介绍1. 数码管原理图2 4使用方法： 1. 通过CPLD译码，能够很 方便地使用数码管。 2. 引脚锁定：PIN 27LEDA-D0PIN 43LEDA-D1PIN 42LEDA-D2PIN 41LEDA-D3PIN 40LEDB-D0PIN 32LEDB-D1PIN 31LEDB-D2PIN 30LEDB-D351单片机简介-21开发板图示2 551单片机简介-22五 数码管相关介绍2. FPGA数码管锁定2 6使用方法：1。数码管的范围为0到F.2. 数码管要显示1，写入PIO30=1.PIO74=5则在数码管B 中显示5.3.在程序中可以用下面语句 进行显示：P3=0X32.B数码管显示3，A显示2P3=0XA8B数码管显示A，A显示851单片机简介-23五 数码管相关介绍3. 下载运行如上面操作一致，下载 后验证。2 751单片机简介-24六 实验要求1. 下载发光二极管电路图。2. 用medwin写程序并生成目 标代码。3. 在quartus II 中下载程序运 行。4. 编写相应的程序，联合发 光二极管及数码管显示。2 8开发板简介表：引脚定义2 9管脚号定义管脚号定义管脚号定义PIN 142LED-D0PIN 91 拨码开关-1PIN 40LEDB-D0PIN 143LED-D1PIN 90拨码开关-2PIN 32LEDB-D1PIN 144LED-D2PIN 89拨码开关-3PIN 31LEDB-D2PIN 3LED-D3PIN 88拨码开关-4PIN 30LEDB-D3PIN 4LED-D4PIN 27LEDA-D0PIN 57KEY-1PIN 7LED-D5PIN 43LEDA-D1PIN 58KEY-2PIN 8LED-D6PIN 42LEDA-D2PIN 59KEY-3PIN 9LED-D7PIN 41LEDA-D3PIN 60KEY-4PIN 44LED-PPIN 51LED-DPIN 63KEY-5PIN 45LED-GPIN 52LED-CPIN 64KEY-6PIN 47LED-FPIN 53LED-BPIN 65KEY-7PIN 48LED-EPIN 54LED-APIN 67KEY-8