微控制器（MCU）出現(xiàn)近40年來(lái),在消費(fèi)電子,汽車電子和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,隨著集成電路系統(tǒng)進(jìn)入片上系統(tǒng)（SOC）時(shí)代,MCU不但可以作為單個(gè)芯片應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中,也可以作為IP核集成進(jìn)超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)中,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上,國(guó)外MCU產(chǎn)品大行其道,面對(duì)如此廣闊的市場(chǎng),國(guó)內(nèi)企業(yè)由于起步晚,技術(shù)薄弱等原因,所占市場(chǎng)份額較少,因此開發(fā)一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MCU就顯得相當(dāng)重要,雖然應(yīng)用場(chǎng)合多種多樣,單靠一種產(chǎn)品已經(jīng)無(wú)法滿足變化萬(wàn)千的市場(chǎng)需求,但是MCU的發(fā)展呈現(xiàn)出單一化和集成化的發(fā)展趨勢(shì),無(wú)論MCU產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合如何變化,MCU核心模塊的發(fā)展具有一定的穩(wěn)定性,只要確定了MCU的體系結(jié)構(gòu),開發(fā)出基本組成模塊,后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)只要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的裁剪即可。本文在仔細(xì)分析了Microchip公司的PIC系列產(chǎn)品中的PIC16C6X系列微控制器后,提出了采用數(shù)據(jù)總線和指令總線相分離的哈佛雙總線結(jié)構(gòu),采用兩級(jí)流水線結(jié)構(gòu),在原有的時(shí)序基礎(chǔ)上,采用改進(jìn)的單時(shí)鐘周期時(shí)序,提高了電路的時(shí)鐘頻率,加快了MCU系統(tǒng)的運(yùn)行速度,在指令的譯碼和運(yùn)算模塊采用硬邏輯增快了電路的速度,為了提高M(jìn)CU的市場(chǎng)適... 

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MCU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖 3-2 流水線示意圖Fig3-2 Schematic of Pipeline本文設(shè)計(jì)的 MCU 處理字長(zhǎng)只有 8 位，指令集數(shù)目少，簡(jiǎn)單并且規(guī)則，非常利水線的實(shí)現(xiàn)，若采用多于兩級(jí)的流水線結(jié)果，在性能上并不能提高多少，反而計(jì)上會(huì)增加很多難度，比如數(shù)據(jù)相關(guān)，硬件相關(guān)等問(wèn)題就會(huì)涌現(xiàn)出來(lái)，在這里級(jí)流水線既利用了流水線的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也避免了因?yàn)榱魉�過(guò)于復(fù)雜而引起的和軟件開發(fā)復(fù)雜度的增加[17]。 指令系統(tǒng)分析一種單片機(jī)所能識(shí)別的全部指令的集合，稱為該單片機(jī)的指令系統(tǒng)�；诓煌� 內(nèi)核的單片機(jī)，一般具有不同的指令系統(tǒng)[18]。指令系統(tǒng)中的每一條指令都完成功能的簡(jiǎn)單操作。將若干條實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單操作的指令語(yǔ)句，按照一定的規(guī)則排列組，就構(gòu)成了一個(gè)可以完成復(fù)雜功能的程序，通過(guò)基于單片機(jī)指令系統(tǒng)的變成就復(fù)雜的控制任務(wù)。為了便于單片機(jī)的開發(fā)使用和升級(jí)，本文采用了 PIC16C6X統(tǒng)，這是因?yàn)?PIC16C6X 位于 8 位中檔的 PIC 單片機(jī)，在市場(chǎng)上有廣泛的應(yīng)用他廠商的單片機(jī)都有專門的轉(zhuǎn)換程序可用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同單片機(jī)上的控制程序的移

第四章 主要模塊電路設(shè)計(jì)鐘產(chǎn)生電路模塊信號(hào)是程序在電路上能夠有序執(zhí)行的基準(zhǔn)，合適的時(shí)鐘信號(hào)是系統(tǒng)有效運(yùn)。時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)目由系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)決定，先分析一下 PIC16CX 系列微執(zhí)行大致分為四個(gè)步驟：取指令；指令寄存；指令譯碼；指令執(zhí)行。為了統(tǒng)的 CPI 提高程序的執(zhí)行速度，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)流水線的設(shè)計(jì)，將外時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行四分頻，劃分為四個(gè)節(jié)拍，每一節(jié)拍為一個(gè)輸入時(shí)鐘周期，工作在外部晶振輸入時(shí)鐘頻率的 1/4 的頻率下。這樣一條指令的執(zhí)行也就需期，八個(gè)節(jié)拍，平均下來(lái)一條指令的執(zhí)行只需要一個(gè)周期。信號(hào)的分頻通常有兩種設(shè)計(jì)方法，第一種是采用計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，第二種是機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單方便，而且相對(duì)使用的資源要比計(jì)數(shù)因此本設(shè)計(jì)中采用 4 狀態(tài)摩爾狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 4-1 所示，電考參考資料中的源代碼[21]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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