PIC微处理器设计指导书

本《PIC微处理器设计指导书》是针对有一定Verilog基础的读者设计的，旨在通过分模块设计最终实现一个兼容Microchip PIC16F54微处理器的单周期CPU。PIC16F54系列微控制器以其低成本、高性能以及全静态的8位基于闪存的CMOS单片机特性而著称，其采用的RISC架构只有33条指令，且每条指令的执行都限定在一个时钟周期内完成。为了达到这一设计目标，整个设计流程被分为几个主要步骤：功能模块列表、分模块设计、仿真测试以及最终烧写至FPGA并测试CPU的正确性。 在功能模块列表中，设计者需具体设计包括堆栈（Stack）、顺序控制（Seqnc）、程序存储器（Prog_ROM）、指令解码器（Decoder）、算术逻辑单元（ALU）及其子模块（Adder、Shift、Throu、Logic）、寄存器文件（Reg_fie）、杂项寄存器（Reg_Misc）以及顶层的PIC16F54模块。各个模块使用Verilog语言在Xilinx中建模并设计逻辑功能。这些模块共同构成了一个单周期处理器，其执行效率较高主要得益于采用的哈佛结构，即将数据存储与指令存储分离，确保了指令的快速执行。 模块说明部分详细阐述了每个模块的功能和作用。最顶层模块HFUT定义了计时器和输入输出口，负责管理LED灯的使能与输出信号。UART_RX模块用于数据的读取，经由串行输入数据后通过并行输出；而UART_TX模块则负责数据的输出，确保数据能够通过串行方式正确输出。PIC16F54.V作为CPU的顶层模块，承担指令执行的具体实现，它与解码器、ALU、RAM和ROM协同工作，将数据与控制逻辑分离，简化了程序结构。具体到每个信号的输出，由解码器的结果决定，而不需要模块关心信号的具体来源。 实验指导书中还包含了多个实验部分，实验一为简单组合逻辑设计，通过一个组合逻辑电路的例子来熟悉ISE软件进行硬件设计的流程。ISE是Xilinx公司的集成软件环境，它将硬件设计的工程流程细分为输入、综合、实现、验证等步骤。而实验二到实验八则分别对应设计中不同的模块，如UART串口通信、算术逻辑单元模块、译码器模块等，每个实验都旨在通过实践加深对PIC微处理器设计的理解。 这份《PIC微处理器设计指导书》不仅为读者提供了一个单周期处理器的设计蓝图，还通过具体实例指导读者如何运用ISE等工具进行FPGA设计，涵盖了从理论知识到实践操作的全过程。对于希望深入理解数字集成电路设计、掌握FPGA编程以及学习Verilog语言的读者来说，这是一份宝贵的参考资料。