C8051F單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1．3 電源及下載電路
單片機(jī)和FPGA均采用3．3V／1．2V穩(wěn)壓源供電，兩者均可通過JTAG接口進(jìn)行在線調(diào)試。
FPGA和單片機(jī)以典型的三總線連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信及控制，單片機(jī)內(nèi)部集成的數(shù)字／模擬資源和FPGA剩余的引腳通過插針引出，供用戶使用。將以上模塊有機(jī)結(jié)合起來，形成一個(gè)性能優(yōu)越的開發(fā)平臺(tái)，能夠滿足不同層次的設(shè)計(jì)需求。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
在單片機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互部分通常有液晶顯示器(LCD)、鍵盤和存儲(chǔ)器等外設(shè)，因此需要用大量的標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件對(duì)單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展，這些器件的組合使用會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、可維護(hù)性差，用FPGA來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的外圍接口電路，能大大簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，節(jié)省CPU資源。
2．1 鍵盤接口模塊
因?yàn)榘存I機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定的導(dǎo)通，在斷開時(shí)也不會(huì)馬上斷開，因而在閉合及斷開的瞬間都會(huì)伴隨一連串的抖動(dòng)，對(duì)于靈敏度較高的電路，這種抖動(dòng)可能會(huì)造成誤動(dòng)作而影響操作正確性。常用的去抖動(dòng)的方法為延時(shí)去抖動(dòng)法，即檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，產(chǎn)生5～lO ms的延時(shí)；讓前沿抖動(dòng)消失后，再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正
有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按件釋放后，也要給5～10 ms的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后，才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。
對(duì)FPGA編程完成消除抖動(dòng)及按鍵識(shí)別，由抖動(dòng)消除模塊、鍵盤掃描電路、鍵盤譯碼電路、按鍵數(shù)據(jù)寄存器等組成。
鍵盤接口電路的工作流程為：采取逐行掃描法，F(xiàn)PGA周而復(fù)始地對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)有鍵按下時(shí)，先對(duì)按鍵進(jìn)行延時(shí)去抖處理，將按鍵信號(hào)存入寄存器，掃描信號(hào)來臨時(shí)，根據(jù)按鍵掃描碼查找鍵碼表，并將其送回給單片機(jī)。程序流程如圖2所示。

2．2 液晶顯示模塊
液晶顯示器(LCD)以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點(diǎn)，在便攜式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)，動(dòng)畫功能，反轉(zhuǎn)，閃爍等功能，用途十分廣泛。
點(diǎn)陣式LCD分為帶漢字字庫(kù)和不帶漢字字庫(kù)兩種，帶字庫(kù)LCD若要顯示漢字只要傳給漢字內(nèi)碼，而不帶字庫(kù)LCD顯示漢字時(shí)要先求出漢字字模，然后跟顯示圖形一樣顯示漢字。
本開發(fā)系統(tǒng)采用博控公司生產(chǎn)的NS240*128A點(diǎn)陣圖形型LCD，不帶中文字庫(kù)。由于液晶顯示器是典型的慢速設(shè)備，如果直接與高速的單片機(jī)相連時(shí)，會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，可以考慮在單片機(jī)和液晶顯示器中間加入FPGA，由FPGA直接驅(qū)動(dòng)和控制液晶顯示器。液晶顯示模塊框圖如圖3所示。