面向便攜式設(shè)備的8位MCU設(shè)計(jì).pdf

1、近年來隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，MCU在各種領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越普及。為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)χ悄芑囊?，必須結(jié)合IC設(shè)計(jì)方法、EDA工具和現(xiàn)代工藝技術(shù)，尋求一個良好的片上系統(tǒng)解決方案SOC（system on chip）。目前8位MCU仍是中低端市場的大眾化產(chǎn)品，小到智能卡片、各類消費(fèi)類電子產(chǎn)品大到工業(yè)控制都有其應(yīng)用。而相對于16位與32位的高端產(chǎn)品，8位MCU以其不斷提升的性能和更低的功耗，還有低廉的成本，保持著穩(wěn)定的市場占有率。今

2、后的8位MCU會以更加多樣化的外圍IP來滿足用戶對電子產(chǎn)品的不同需求。
　　論文給出了一款面向便攜式設(shè)備OTP的8位MCU芯片TOKEN的數(shù)字電路設(shè)計(jì)過程，該內(nèi)核具有兼容MCS-51單片機(jī)指令的特性，可以嵌入SOC單芯片。論文分析了MCU的系統(tǒng)架構(gòu)與底層模塊的設(shè)計(jì)思路與方法，涵蓋了頂層模塊、取指譯碼模塊、運(yùn)算單元模塊、內(nèi)存控制模塊、中斷控制模塊、串口通信模塊、定時計(jì)數(shù)模塊和內(nèi)部控制模塊。本文設(shè)計(jì)取指譯碼模塊的目的是為了在執(zhí)行程序指

3、令時能根據(jù)不同的機(jī)器碼，依次向其它模塊輸出相應(yīng)的控制信號，使各個模塊相互協(xié)作完成指令。本文把運(yùn)算單元模塊分成三個單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是算術(shù)運(yùn)算單元、邏輯運(yùn)算單元和寄存器控制單元。算術(shù)運(yùn)算單元能完成加減乘除等運(yùn)算，邏輯運(yùn)算單元能完成與或非異或等運(yùn)算，而運(yùn)算過程中儲存操作數(shù)的各種寄存器的讀寫操作都是由寄存器控制單元完成。本文設(shè)計(jì)內(nèi)存控制模塊的目的是為了滿足不同指令對不同內(nèi)存空間的訪問需要，并產(chǎn)生正確的內(nèi)存訪問地址。文中還研究了中斷、串口、定時

4、計(jì)數(shù)等模塊的設(shè)計(jì)方案。
　　論文給出了為驗(yàn)證設(shè)計(jì)而搭建的系統(tǒng)仿真驗(yàn)證環(huán)境，關(guān)鍵指令的仿真波形與流程、運(yùn)算功能的驗(yàn)證情況、中斷的響應(yīng)與跳轉(zhuǎn)的仿真結(jié)果、串口通信的圖例。最后回顧了項(xiàng)目工作并對經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)做了歸納整理并為今后的研究方向進(jìn)行設(shè)想與展望。
　　本文通過對前期的仿真驗(yàn)證與后期的流片測試，得出的測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)的MCU能按序執(zhí)行程序指令，正確處理中斷嵌套，準(zhǔn)確進(jìn)行定時計(jì)數(shù)和串口通信，滿足了便攜式設(shè)備的監(jiān)控與控制需求。