基于VHDL8255并行接口芯片设计.doc

绪论 当今是数字化的时代，数字技术的应用已渗透到人类生活的方方面面，信息、高速公路、多媒体电脑、移动电话、数字电视，各种自动化设备以及家用电器无不尽可能地采用了数字技术。 凡是利用数字技术对信息进行存储、传输、处理的电子系统皆可称为数字系统。和模拟系统相比，数字系统具有以下特点:稳定性、精确性、可靠性和模块化。在数字化的道路上，电子设计技术的发展经历了，并将继续经历许多重大的变革飞跃。从应用SSI通用数字集成芯片构成的数字系统，到广泛应用MCU(微控制器或单片机)，使数字系统的设计方法发生了具有里程碑意义的飞跃，这一飞跃不但克服了纯SSI数字系统许多不可逾跃的困难，同时也为数字电子设计技术的应用开拓了更广阔的前景，它使得数字电子系统的智能化水平在广度和深度上发生了质的飞跃。 数字系统设计技术的发展在很大程度上得益于器件和集成技术的发展，大规模可编程逻辑器件PLD(programmable logic device)、现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)的出现、集成工艺和计算机技术的发展使得数字系统的设计理念、设计方法发生了深刻的变化。数字系统的设计历来存在两个分支，即系统硬件设计和系统软件设计。但是，以大规模集成电路为物质基础的EDA(Electronic Design Automation)技术终打破了软硬件之间的最后屏障，为数字系统的硬件和软件的协同设计打下了良好的基础，即数字系统的硬件、软件设计可以在一开始就进行通盘考虑，进行早期仿真，大大提高了系统设计的效率。 本课题提出的“基于VHDL的8255并行接口芯片的设计”技术将是计算机硬件技术的发展趋势。本课题在Altera公司的Quartus2开发环境下采用VHDL语言进行设计、编译综合、仿真，采用Alera公司的ACEX 1K系列的EP1K10TC100-3 FPGA芯片实现。 2 VHDL语言及实现 2.1 EDA技术的发展 因为EDA技术丰富的内容以及电子技术各学科领域的相关性，其发展的历程同大规模集成电路设计技术、计算机辅助工程、可编程逻辑器件，以及电子设计技术和工艺的发展是同步的。就过去近30年的电子技术的发展历程，可大致将EDA技术的发展分为三个阶段: 20世纪70年代，集成电路制作方面，MOS工艺已经得到广泛的应用。可编程逻辑技术及其器件已经问世，计算机作为一种运算工具已在科研领域得到广泛应用。而在后期，CAD的概念已见雏形。这一阶段人们开始利用计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路版图编辑、PCB布局布线等工作。 20世纪80年代，集成电路设计进入了CMOS(互补场效应管)时代。复杂可编程逻辑器件已进入商业应用，相应的辅助设计软件也已投入使用.而在80年代末，出现了FPGA(Filed Programmable Gate Array), CAE和CAD技术的应用更为广泛，它们在PCB设计方面的原理图输入、自动布局布线及PCB分析，以及逻辑设计、逻辑仿真、布尔方程综合和化简等方面担任了重要的角色，特别是各种硬件描述语言的出现、应用和标准化方面的重大进步，为电子设计自动化必须解决的电路建模、标准文当及仿真测试奠定了基础。 c) 进入20世纪90年代，随着硬件描述语言的标准化得到进一步的确立，计算机辅助工程、辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得更加广泛的应用，与此同时电子技术在通信、计算机及家电产品生产中的市场需求和技术需求，极大地推动了全新的电子设计自动化技术的应用和发展。特别是集成电路设计工艺步入了超深亚微米阶段，百万门次以上的大规模可编程逻辑期间的陆续面世，以及基于计算机技术的面向用户的低成本大规模ASIC设计技术的应用，促进了EDA技术的形成。更为重要的是各EDA公司致力于推出兼容各种硬件实现方案和支持准硬件描述语言的EDA工具软件的研究，都有效地将EDA技术推向成熟。 EDA技术在进入21世纪以后，得到了更大的发展，突出表现在以下几个方面: 1电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能。 2电子技术全方位纳入EDA领域，除了口益成熟的数字技术外，传统的电路系统设计建模理念发生了重大的变化:软件无线电技术的崛起，模拟电路系统硬件描述语言的表达和设计的标准化，系统可编程模拟器件的出现，数字信号处理和图像处理的全硬件实现方案普遍接受，软硬件技术的进一步融合等。 3在方针和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断推出。 4EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容:模拟与数字、软件与硬件、系统与器件、ASIC与GPGA、行为与结构等。 5更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出。 6基于EDA工具的ASIC设计标准单元以涵盖了大规模电子系统及IP核模块。软硬件IP