發(fā)布時間：2020-05-31 10:59

【摘要】： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,嵌入式單片機正在發(fā)揮著越來越重要的作用,對嵌入式單片機的設(shè)計也一直是電子工程師所關(guān)注的焦點。為了解決工業(yè)領(lǐng)域?qū)纹瑱C的需求,提高單片機各方面的性能,本文對一款能夠兼容MCS-96系列單片機指令集的CPU核進行了分析和設(shè)計。 MCS-96系列單片機是Intel公司推出的CHMOS的單片機,它的指令集具有使用靈活、易于編程等優(yōu)點。本文所設(shè)計的CPU核能夠?qū)ζ渲噶罴?4條指令共計111個操作碼實現(xiàn)兼容,并預(yù)留出了其余指令的擴展空間。 設(shè)計的CPU核分為數(shù)據(jù)通路和控制通路兩部分,主要由寄存器堆、寄存器算術(shù)邏輯單元、控制單元和中斷控制器四個單元組成,并且在指令的執(zhí)行過程中采用了流水線技術(shù)。 寄存器堆主要是由Memory Compiler綜合生成的SRAM陣列。 寄存器算術(shù)邏輯單元是主要的數(shù)據(jù)處理單元。在它的設(shè)計過程中采用了資源共享的策略,同時對運算單元的邏輯進行化簡,并使用了超前進位鏈的擴展算法,從而減小了硬件電路的面積。 控制單元控制著CPU核各部分的工作節(jié)拍。因為指令長度和執(zhí)行時間不同,引入了指令長度計數(shù)器和指令步長計數(shù)器,對指令的執(zhí)行過程進行控制。中斷控制器可以將中斷源分為16個中斷處理優(yōu)先級別,產(chǎn)生中斷處理申請信號和相應(yīng)的中斷向量,實現(xiàn)中斷屏蔽等。 設(shè)計完成后進行了充分的仿真驗證,結(jié)果表明設(shè)計可以正確地執(zhí)行要求的指令。在工作頻率為40MHz的條件下綜合,沒有出現(xiàn)時序沖突。綜合后仿真結(jié)果正確。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文性能上也有了明顯提高，從而適用于更加復(fù)雜的實時控制場合。MCS-96 單片機有多種型號，不同型號配置有不同的功能部件，且具有不同存儲空間和尋址能力，可滿足不同場合的要求[24]。MCS-96 系列的成員都是帶有 16 位CPU的高性能芯片，并且?guī)в兄辽?230字節(jié)的片上RAM[25]。它們都有一個基于寄存器到寄存器結(jié)構(gòu)的內(nèi)核，因此不需要額外的累加器，而且大部分操作可以在寄存器間完成。這種結(jié)構(gòu)消除了累加器的瓶頸現(xiàn)象，加快了數(shù)據(jù)傳輸。同時，寄存器操作可以控制眾多的片上外設(shè)，包括I/O口、10 位A/D轉(zhuǎn)換器、PWM(脈寬調(diào)制器)、SIO(全雙工串行I/O口)等，在調(diào)制解調(diào)器、發(fā)動機控制、打印機、影印機、空調(diào)以及醫(yī)療設(shè)備等眾多方面，MCS-96 系列單片機都得到了非常廣泛的應(yīng)用[26]。所有的MCS-96 成員都具有相同的指令集和結(jié)構(gòu)，而CHMOS產(chǎn)品在更低功耗的條件下可以提供更高的性能。同時，為了進一步降低功耗，它們還可以被設(shè)置為休眠模式和關(guān)機模式[27]。典型的 MCS-96 單片機的結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2.4.2 CPU 核的結(jié)構(gòu)考慮到要設(shè)計的是一個 CPU 的內(nèi)核而不是整個單片機系統(tǒng)，所以在結(jié)構(gòu)上有所取舍。這里的 CPU 核在整體上對 MCS-96 單片機系統(tǒng)進行了裁剪，在具體結(jié)構(gòu)上有所變通、整合。將 CPU 核主要分為 4 個模塊，分別是寄存器堆，寄存器算術(shù)邏輯單元(RALU)，控制單元(CU)和中斷控制器。它們之間的連接關(guān)系如圖 2-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP332

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王文博;;智能化頻率計[J];無線電通信技術(shù);1989年04期

2 陳嘉慶;;PC機與單片機位總線的接口——ipcx344 BITBUS IBMPC接口板[J];微計算機信息;1989年02期

3 黃曉林;羅五四;;單片機在轉(zhuǎn)速測量中的應(yīng)用[J];測控技術(shù);1989年03期

4 陳志浩;;單片機頻率檢測中的軟硬件設(shè)計[J];電子技術(shù);1990年06期

5 王紫薇;王運贛;吳金陵;;鍛壓設(shè)備單片機經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)[J];機械與電子;1990年01期

6 金以豐,婁小珍;用51系列單片微機開發(fā)的音樂節(jié)拍器[J];山西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1991年04期

7 馮莉萍,覃文龍;一種用于光纖監(jiān)控電視系統(tǒng)的實時日歷時鐘字符添加器[J];光通信技術(shù);1991年Z1期

8 劉杰;;單片機在目標(biāo)紅外輻射測試中的應(yīng)用[J];紅外技術(shù);1991年03期

9 馬巨峰;劉生產(chǎn);;8031單片機I/O接口的擴展方法[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;1991年01期

10 宋偉武;彭克柱;童英;;空調(diào)器的單片機智能化控制[J];微型機與應(yīng)用;1991年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 李萍;李亞榮;;基于C8051F020單片機的油井作業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)[A];2009中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集[C];2009年

2 唐衛(wèi)紅;曹金榮;李漢軍;鄭曉慧;楊士亮;;一種單片機音樂盒的設(shè)計與制作[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集（2）[C];2008年

3 林葉錦;王冬捷;;GRAVINER油霧濃度探測器系統(tǒng)測試電路分析[A];大連海事大學(xué)校慶暨中國高等航海教育90周年論文集（機電分冊）[C];1999年

4 付貴增;佟仕忠;孔慶祝;馬君杰;荊兆東;;公用電話計費器計量管理信息系統(tǒng)[A];首屆信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2003年

5 肖慧;朱昌;;單片機在線測速軟件的設(shè)計[A];第三屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

6 陳艷燕;楊小鋒;;基于單片機的晶體管特性圖示儀[A];第三屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

7 劉娟;張飛艷;;2M誤碼儀的設(shè)計與測試[A];2008通信理論與技術(shù)新進展——第十三屆全國青年通信學(xué)術(shù)會議論文集（上）[C];2008年

8 陳健;符秀輝;;基于單片機的瀝青軟化點測試儀[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集（3）[C];2008年

9 黃友銳;黃見;;基于CAN總線的智能變頻器的研制[A];煤礦自動化與信息化——第19屆全國煤礦自動化與信息化學(xué)術(shù)會議暨中國礦業(yè)大學(xué)（北京）百年校慶學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

10 婁瑩;王雪潔;程萬勝;;LCD顯示屏智能檢測儀的研制[A];1998中國控制與決策學(xué)術(shù)年會論文集[C];1998年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 ;初學(xué)單片機幾個不易掌握的概念[N];北京電子報;2001年

2 易懿敏;飛利浦對單片機市場充滿信心[N];中國電子報;2001年

3 廣東 張則;51系列單片機(C語言)快速入門(六)[N];電子報;2010年

4 ;摩托羅拉“無縫嵌入” 發(fā)展中國MCU[N];中國計算機報;2003年

5 陜西 周彥芳;碟機中常用單片機W78E58-24維修方法及資料[N];電子報;2007年

6 重慶 郭學(xué)提;淺談職校生學(xué)習(xí)單片機的誤區(qū)[N];電子報;2008年

7 廣東 張則;51系列單片機(C語言)快速入門(五)[N];電子報;2010年

8 杭州 趙鄭洲;也談單片機掉電數(shù)據(jù)保護的方法[N];電子報;2002年

9 山東 牛余朋;談?wù)剢纹瑱C硬件系統(tǒng)設(shè)計的基本原則[N];電子報;2004年

10 廣東 劉少龍;編程、實驗、仿真、ISP四合一單片機學(xué)習(xí)開發(fā)系統(tǒng)ME300B[N];電子報;2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 彭環(huán)云;灌漿自動檢測與記錄關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];中南大學(xué);2004年

2 何寧;短脈沖MOSFET調(diào)制器及其觸發(fā)控制技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

3 史云;環(huán)境水體石油類污染現(xiàn)場檢測技術(shù)研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

4 楊唐勝;青藏鐵路凍土試驗路基內(nèi)部應(yīng)變智能監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];武漢理工大學(xué);2005年

5 劉瑞祥;用微粒過濾器和EGR同時降低柴油機微粒和NOx排放[D];大連理工大學(xué);2005年

6 史志存;電子鼻及其應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院電子學(xué)研究所;2000年

7 李忠龍;基于現(xiàn)有傳感器的橋梁無線檢測技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

8 葉濤;精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)研究與開發(fā)[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2006年

9 李會銀;基于USB接口的測井電纜數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究[D];中國石油大學(xué);2007年

10 遲長春;過載保護數(shù)學(xué)模型及其算法的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李玉賢;基于SPCE061A單片機的語音識別系統(tǒng)的研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

2 盧坤;基于光纖邁克爾遜干涉現(xiàn)象的應(yīng)變測量系統(tǒng)設(shè)計[D];南京航空航天大學(xué);2005年

3 李家星;基于IDE硬盤的大容量語音記錄儀的研制[D];天津工業(yè)大學(xué);2005年

4 周超;基于單片機和CAN總線的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計[D];西南交通大學(xué);2005年

5 王文軍;DGT-1自動測斜儀的研究開發(fā)[D];吉林大學(xué);2005年

6 蘇國秀;乳化液自動配比及控制系統(tǒng)的研究[D];山東科技大學(xué);2005年

7 邵名波;調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控電路設(shè)計與實現(xiàn)[D];南京理工大學(xué);2005年

8 鄭鳳杰;多臺出租車計價器本機檢定管理系統(tǒng)的研制[D];鄭州大學(xué);2005年

9 李明;基于DSP的分析儀器智能測控平臺的研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2005年

10 李郁峰;履帶式移動機器人及其無線控制的實現(xiàn)[D];太原理工大學(xué);2005年

，

本文編號：2689753