基于MC8051 IP核和FPGA的频率计设计

基于MC8051 IP核和FPGA的频率计设计

　　频率是电信号中重要的物理量，在电子、通信系统中，信号的频率稳定度决定了整个系统的性能，准确测量信号的频率是系统设计的重要内容。

　　单片机广泛地应用于电子系统设计，其性价比高，大量的外围接口电路，使基于单片机的电子系统设计方便，周期缩短。然而，单片机的串行工作特点决定了它的低速性和程序跑飞，另外还存在抗干扰能力不强等缺点。EDA（Electronic Design Automation）技术以计算机为工具，在Quartus II软件平台上，对以硬件描述语言Verilog HDL/VHDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、综合及优化、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配、编译、逻辑映射和编程下载等工作，FPGA是纯硬件结构，具有较强的抗干扰能力。

　　文中在FPGA芯片中嵌入MC8051 IP Core，作为控制核心，利用Verilog HDL语言进行编程，设计了以MC8051 IPCore为核心的控制模块、计数模块、锁存模块和LCD显示模块等模块电路，采用等精度测量法，实现了频率的自动测量，测量范围为0．1 Hz～50 MHz，测量误差小于0．01％。

　　1 8051 IP（Intelligent Property）软核

　　8051单片机是以由VQM原码（Verilog Quartus Mapping File）表达的，在QuartusII环境下能与VHDL、Verilog HDL等其他硬件描述语言混合编译综合，并在单片FPGA中实现全部硬件系统。

　　MC8051单片机核含有8位复杂指令CPU，存储器采用哈佛结构，其结构框图如图1所示。

　　MC8051的指令系统与8051/2、8031/2等完全兼容，硬件部分也基本相同，例如可接64KB外部存储器，可接256字节内部数据RAM，含两个16位定时/计数器，全双工串口，含节省功耗工作模式，中断响应结构等。不同之处主要有：

　　1）MC8051是以网表文件的方式存在的，只有通过编译综合，并载入FPGA中才以硬件的方式工作，而普通8051总是以硬件方式存在的；

　　2）MC8051无内部ROM和RAM，所有程序ROM和内部RAM都必须外接。

　　3）以软核方式存在能进行硬件修改和编辑；能对其进行仿真和嵌入式逻辑分析仪实现实时时序测试；能根据设计者的意愿将CPU、RAM、ROM、硬件功能模块和接口模块等实现于同一片FPGA中（即SOC）。

　　4）与普通8051不同，MC8051的4个I/O口是分开的。