曾小宝张家界航空工业职业技术学院



基于FPGA的简易计算器的设计

曾小宝
张家界航空工业职业技术学院

本文介绍了一款基于FPGA的8051单片机IP核的简易计算器的设计。系统硬件采用EP3C5E144芯片设计开发，软件采用康芯公司提供的8051单片机IP核设计开发，该设计使用Quartus9.0开发环境来设计FPGA片上系统，采用C语言设计8051单片机程序，并使用Keil开发环境来编程开发。系统外围硬件设备主要包括液晶显示模块，键盘输入模块，蜂鸣器模块，LED灯模块；其中信息显示使用LCD1602液晶显示模块，信息输入使用矩阵键盘模块，LED灯用于监视程序运行状态，蜂鸣器设计用于产生按键辅助提示音。本文设计的简易计算器实现了有符号整数的加、减、乘、除表达式运算显示功能和日历时间显示功能，实验测试表明，系统能够稳定、可靠地运行。

FPGA 8051单片机 IP核 计算器

1　引言

随着现代EDA（Electronic Designed Automation）技术的发展和大规模FPGA（Field－Programmable Gate Ar ray）器件的出现，嵌入式软核处理器在嵌入式系统设计开发中的应用越来越广泛，与传统的基于微控制器芯片的开发方式相比，IP核（Intel lectual Property Core）受硬件条件限制小，具有更大的灵活性，可缩短系统的设计开发时间。采用FPGA与IP核相结合进行嵌入式系统开发，为设计人员提供了一种新的快捷高效的设计方法。

本文设计的简易计算器是在FPGA芯片内嵌入8051单片机IP核作为主控制器，并利用FPGA的内部资源来构造出单片机系统必需的PLL模块、RAM模块和ROM模块，另外，因为4X4矩阵按键扫描和LCD1602读忙操作都需要具有输入输出双向功能的I/O口，因此系统设计了相应的双向I/O口电路，此外，为了实现4X4矩阵按键的中断扫描工作方式，还专门设计了按键中断信号产生电路。……