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基于VHDL语言的单片机设计

作者: 发布时间:2019-11-28 10:36:43 阅读: 108 次

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基于VHDL语言的单片机设计

 

摘要:随着科技的发展,集成电路和电子设计在各个领域中的应用日渐广泛,电子系统的自动化已经成为其发展的重要趋势。电子系统中的VHDL语言至关重要,本文以VHDL语言及其语言结构为基础,简要探讨了单片机的设计内容和设计方法。

关键词:VHDL语言;单片机;设计

 

前言:单片机是集成电路重要的运营载体,其设计的结构和内容对于电子系统的运行有着重要的影响,单片机相当于电子系统的大脑,对电子系统的进行机构管理,而单片机内部结构和内容设计的变化则会影响电子系统的功能。因此,对基于VHDL语言单片机设计的研究是至关重要的。

1 VHDL语言与单片机概述

1.1 VHDL语言

    VHDL语言的主要功能是对程序硬件构成进行表达,硬件接口有着连续性的作用,VHDL语言能够修订接收的信息。如果描述性语言研究内容较为复杂,描述能力较弱的程序软件则无法完成描述,而VHDL的描述能力强大,其表达有着系统、形象的优点。

1.2 单片机

    单片机中有着众多模块,例如CPU模块、计数器模块、存储器模块等等,其内部结构十分复杂,但单片机中的各个模块能够有效的进行配合,实现复合作用,从而实现单片机的众多功能。在单片机的众多功能中,管脚功能的利用频率更高,因此单片机设计人员通常会在设计的过程中增设管脚资源,管脚的数量也比较多,再结合单片机中的各个模块,从而做出合理的、科学的单片机设计[1]

1.3 VHDL语言对单片机设计的重要性分析

VHDL语言属于一种描述硬件的语言,本质上来说是一种软件,VHDL的描述功能十分强大,其能够通过特有的逻辑语言将描述硬件设备对象的功能、工作原理及内部结构完善的表达出来。不同的硬件设备有着不同的程序化工作模式,这些工作模式一般相对复杂,而VHDL语言可以将这些复杂的工作模式规范的表达出来。

对于单片机设计来说,传统的设计语言的执行价值较高,但针对性不强,在执行传统设计语言的过程中无法解决、处理、修复单片机出现的特有问题和故障,VHDL与传统设计语言有着明显的差别,VHDL有信息纠错处理功能,能够修订接收的信息,在单片机系统运转的过程中,通过VHDL能够将系统数据传输到单片机各个模块中,且各个模块共用一个数据接口,这就大大提升了单片机的工作效率,由此可见,VHDL语言在单片机设计中是至关重要的。

2 基于VHDL语言的单片机设计分析研究

2.1 定时器的设计研究

    从市场产品开发的角度来看,单片机设计中,不同模块的独立性较强,在设计定时器的过程中应以既定的设计思想和方案为基础,以此来划分功能。在VHDL软件中有两个寄存器,通过这两个寄存器,VHDL语言能够实现对管理状态和工作状态的控制。具体来说,定时器远程时间控制功能的实现依赖于通过定时器的信号,在此过程中,定时器的设计理念中会显示出具体的原理和内容,信号会在数据库中设定,VHDL语言进入功能设计模式,从而将信号转化为波特率控制信号,且此信号的描述格式标准。

2.2 UART串口设计研究

2.2.1 RAM

单片机在工作的过程中会出现即时数据,这些即时数据在RAM存储器中存储、分区,RAM单元的信息容量与CPU单元的信息容量基本一致,因此可以将单片机接口与RAM单元接口相互连接,RAM单元信息容量会随着单片机使用环境的变化而发生变化。

2.2.2 ROM

单片机中固定程序的处理及表格的处理由ROM单元来完成,相较于RAM单元,ROM单元的信息容量设置存在一定的差异,其存储功能也发生了一定的变化,在单片机系统运行过程中,ROM单元能够对数据存储的地址以及存储的信息容量进行改变,如果ROM单元中的信息存储量超过16位,则其可以进行自动跳转,转换为其他功能结构。

2.2.3 FIFO

单片机在运行的过程中会涉及到逻辑电路的设计,而FIFO单元则可以准确的完成此项任务,在进行结构设计的过程中,会对库元件进行调用,之后进行比例化处理,从而完成设计工作。在设计的过程中会出现库元件不能满足电路设计要求的情况,针对这种情况,VHDL语言的纠错处理功能会发挥作用,其会对设计语言进行自动调节,联合相对应的功能模块系统来研究语言设计中心。在引入FIFO单元后,单片机结构的逻辑电路设计以及语言设计会更加灵活,且设计有着多样化的特点和优势。

2.3 CPU设计研究

CPU模块是单片机中的重要功能模块,CPU功能模块主要由ALU单元结构组成,在单片机系统中,ALU的功能十分强大,在运行的过程中ALU单元结构能够引入运算法则到单片机系统,运算法则中有简单的加减乘除法则,也有复杂的逻辑运算法则、差异检测法则等等,这些法则的引入为单片机系统内各种复杂的运算及指令的完成、执行提供了有效的依据。此外,ALU单元不仅有着法则引入的功能,还能够完成这些法则所对应的各种运算内容。

在单片机CPU功能模块的设计过程中,其本目的就是实现ALU单元运算法则引入功能、相关内容计算功能以及指令执行和转移功能,在算术法则下,能够将相关信息快速、及时、有效的引入到单元结构中,之后进行根据运算法则进行间接运算,从而实现单片机CPU功能模块的逻辑推理功能和逻辑运算功能,在这个过程中,ALU单元结构的运算法则引入是至关重要的,而这也是单片机中CPU功能模块设计的重要方面[2]

2.4 转换器设计研究

单片机结构中有着众多信息处理系统,而数据转换器则是经常被使用的信息处理系统之一,单片机运行的过程中涉及到许多数字化的语言,要想实现这些语言的功能,就要对这些语言信息进行处理,数字化语言在数据转化器的处理后能够转化为信息模拟量,信息模拟量由多种元素构成。

在单片机中,各个分立元件的应用规范及功能是各不相同的,因此不同分立元件也是相互独立的,这就对数据转换器设计的独立性提出了一定的要求,在单片机设计的过程中,要保证数据转换器功能的独立,只有这样才能够充分实现数据转换器的信息处理功能,具体的处理流程如下,信号由转换器送到信息处理终端,之后进行复位处理,将信号进行划分,按照信号功能来说,划分形式为工作信号和控制信号,划分之后的信号经过滤波器的滤波处理,实现验证,确定真实可靠,之后被转移到CPU功能模块。

结论:综上所述,VHDL语言对于单片机设计来说至关重要,其不仅影响着单片机的设计结构,同时影响着单片机的电路设计、匹配性能。本文从UART串口、定时器、CPU功能模块及数据转换器等方面研究了基于VHDL语言的单片机设计,旨在积极发挥VHDL语言改善单片机功能的重要作用。

参考文献:

[1]宋泽明.基于VHDL语言的单片机设计[D].北京工业大学,2010.

[2]刘先昆,潘红兵,纪圣谋,徐健健.单片机多机冗余设计及控制模块的VHDL语言描述[J].电子技术应用,2012,01:11-13.