基于C8051F和FPGA的单片机实验系统的设计

本系统是为单片机实践教学而开发的，因此要求单片机的功能齐全，满足教学中各种实验的要求。一般的实验板的功能有：模拟数字信号转换实验、通信接口实验、存储器实验、各种显示实验，人机交互实验等等。除此之外，还要考虑由于是非商业性质的开发，对一些功能的精度要求不是很高，在选择最理想价格的同时，选择尽可能多而全的片上资源，留待后期开发扩充。 本文探讨了基于C8051F单片机和FPGA的实验系统设计，该系统主要服务于单片机实践教学，旨在提供一个功能全面、能满足多种实验需求的平台。C8051F系列单片机是SoC系统级芯片，拥有丰富的片上资源，包括模拟和数字外设，内置调试电路，便于在系统调试。FPGA（现场可编程门阵列）因其高度的可扩展性和灵活性被用于实现单片机的各种外设接口，能够简化电路设计，提高系统的可靠性和可维护性。 系统设计包含了以下几个关键组成部分： 1. **单片机外设**：包括液晶显示器（LCD）、键盘、静态随机访问存储器（SRAM）和UART串口。FPGA用于实现这些外设的接口电路。 2. **FPGA扩展电路**：包括主动串行（AS）配置电路，JTAG在线调试电路以及输入输出电路。EPCSlN8芯片用于FPGA的AS配置和JTAG调试。 3. **电源与下载电路**：3.3V/1.2V稳压源为单片机和FPGA供电，同时支持JTAG接口的在线调试。 在硬件电路设计中，重点在于人机交互部分： - **键盘接口模块**：通过FPGA编程实现去抖动功能，避免按键抖动造成的误操作。采用逐行扫描法检测按键状态，通过延时程序消除抖动，然后将按键信号存储并传输给单片机。 - **液晶显示模块**：液晶显示是单片机系统的重要组成部分，用于输出信息。FPGA设计的液晶接口电路可以高效地驱动LCD，实现数据显示。 此外，系统还考虑到了教学环境下的非商业化开发需求，选择性价比较高的组件，同时确保提供丰富的片上资源，便于后续的扩展和升级。这样的设计思路有助于培养学生的实践能力和创新思维，适应不断发展的单片机技术。 基于C8051F和FPGA的单片机实验系统结合了高性能单片机和灵活的可编程逻辑，为教学提供了强大且易于扩展的平台，有利于提升学生对单片机系统设计的理解和应用能力。同时，该系统的设计方法也为其他类似的实验系统设计提供了参考。