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基于51單片機和FPGA的人機交互系統(tǒng)的設計

作者: 時間:2011-11-16 來源:網(wǎng)絡 收藏
在現(xiàn)代各類儀器的開發(fā)中,功能正起著無可替代的作用。界面友好的儀器將更容易操作和使用,從而提高工作效率。液晶顯示器(LCD)具有功 耗低、價格低、壽命長、接口控制方便等特點,在科研與設計領域正發(fā)揮著越來越大的作用。作為單片機外設的接口芯片,可以大大簡化接口電路,通過對 進行編程,可以實現(xiàn)常用的譯碼、地址選通等功能。
本文以C8051F020單片機與互連系統(tǒng)為控制核心,以液晶顯示控制器為例,結合行掃描鍵盤,簡述了一種功能的設計。

1 系統(tǒng)設計方案
FPGA可在很大程度上擴展單片機的資源,然而人機交互功能仍應盡量減少對單片機及FPGA的資源消耗,以便將更多的片內(nèi)資源用于其他功能的擴展。采用 FPGA掃描鍵盤可以節(jié)省單片機的資源,同時也能靈活地實現(xiàn)鍵盤的擴展。而考慮到液晶控制較復雜,依然采用單片機控制
LCD,使LCD的各種功能得到最大程度的利用,其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

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2 硬件電路及FPGA接口設計
2.1 總線接口設計
這里采用單片機C8051F020與CycloneⅡFPGA互連的系統(tǒng)。C8051F020器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片,具有64個數(shù)字 I/O引腳,與8051完全兼容,而且速度得到了極大提高,70%的指令執(zhí)行時間為l或2個系統(tǒng)時鐘周期,只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期。 此外,C8051F020系列MCU對CIP-51內(nèi)核和外設有幾項關鍵性的改進,提高了整體性能,更易于在最終應用中使用。如提供22個中斷源、7個復 位源、可編程交叉開關、8位A/D轉換器、12位D/A轉換器等。
CycloneⅡ系列FPGA將低功耗FPGA的密度規(guī)模擴展至68 416個邏輯單元,并提供高達622個可用的I/O接口以及高達1.1 Mb的片內(nèi)存儲單元。CycloneⅡ系列成功實現(xiàn)了高效與低功耗的結合,可用于自動化、通信、視頻播放等領域。為兼顧成本問題,本系統(tǒng)采用性價比較高的EP2C8型FPGA作為接口器件。


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