一种八位MCU的设计

发布时间：2025-06-19 23:35

　　本文使用Verilog语言编写源代码,经过功能仿真,逻辑综合,静态时序分析,门级验证等设计流程,设计了一个完整的八位MCU。完成后的MCU具有数据总线与指令总线分离并行、两级指令流水线、指令单周期等特点。 整个MCU系统共包含17个功能模块,可以分为控制逻辑、运算逻辑、存储器及其接口、附加功能逻辑、外部通信端口五个部分。控制逻辑负责控制系统工作节拍,完成选择指令、读取指令、译码后提供操作数及操作微指令等功能;运算逻辑负责对数据总线上的操作数进行逻辑或算术运算;存储器负责保存指令(存储介质为ROM)和数据(存储介质为RAM),通过接口电路与系统交互;附加功能逻辑包括定时器、比较器等常用功能,加强了MCU的独立工作能力。 MCU的外部端口共包括12个独立的可编程I/O口,与其他设备的通信可以通过对这些端口独立编程实现。考虑MCU支持常见通信协议的需要,集成了基于RS-232标准的USART模块。这一模块可以实现多种频率下的同步、异步串行数据收发,可以与支持这一标准的其他设备进行串行通信。 本文详细介绍了从功能模块划分到门级验证的前端设计步骤。整个设计基于0.35μm工艺库进...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1系统内部结构图

第二章MCU系统概述本章从硬件规格、系统结构、指令系统三个方面，对系统指标给出一个概硬件规格MCU的主要规格[15]包括：8kx14的ROM（用于存储程序），128x8的储操作数据），15个特殊功能硬件寄存器，8级深度硬件堆栈，4种中部INT中断、T....

图2-2普通总线结构

第二章MCU系统概述构（Harvard）双总线结构冯·诺依曼（VonNeumann）结构的计算机在同一个存储者不能同时进行，所以在很大程度上限制了工作速度采用的是冯·诺依曼体系结构，其程序存储器和数据存存储器位于同一个逻辑空间中；MCS-51系列单片机采程序存储器和数据存....

图2-3哈佛总线结构

使指令和数据空间相互分离，因此对程序存储器问，从而克服上述两种单片机在体系结构和总线结吐量，其结构如图2-3所示。

图2-4两级指令流水线结构示意图

这款MCU的取指和执行采用两级指令流水线结构，当一条指令被执行的同时下一条指令被取出。这样，取指和执行在时间上相互重叠，实现了指令的单周期化。取指和执行指令的示意图如图2-4所示。

本文编号：4051093