基于FPGA的可现场调试微机设计与实现

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FPGA实验_简单计算机的设计与调试实验指导书

实验3 简单计算机系统的设计与调试一、实验目的1.掌握利用指令集编写汇编语言程序2.掌握将编好的汇编语言程序翻译成机器码程序3.熟悉各类型指令执行的数据通道4.设计和调试一个8位单周期简单计算机系统二、实验任务1. 编程练习先采用汇编语言格式编写程序，检查程序的思路、流程，在无误情况下，转换成机器码。

程序1 ：完成将两个固定数据（如0x96, 0x2A6）进行加、减、与、或、比较运算，将运算结果顺序存放在地址从0x40开始的10个RAM单元中。

程序2：完成将两个固定数据（如0x96, 0x2A6）进行加、减运算，将运算结果顺序显示在数码管上。

两个结果显示之间需加一定延时（软件延时，可以通过给一个寄存器赋初值，对这个寄存器进行减运算，直至结果为0）。

程序3：从键盘输入一个表达式，如：206 - 814= ，通过执行ROM中的程序代码，将运算结果显示在数码管上。

2. 调试简单计算机系统A在实验2任务5简单计算机系统A的ROM中存放编程练习中的程序1，并进行系统的仿真和调试，下载到实验板上进行测试、运行。

3. 设计简单计算机系统B在简单计算机系统A的基础上，增加I/O端口及其映射模块、数码管输出接口，将I/O 端口及其映射模块中的 IO0[7..0]、IO1[7..0]与数码管输出接口的 datainL[7..0]、datainH[7..0]相连，构成简单计算机系统B。

在ROM中存放编程练习中的程序2，并进行系统的仿真和调试，下载到实验板上进行测试、运行。

4. 设计简单计算机系统C在简单计算机系统B的基础上，增加4x4键盘输入接口模块，将I/O端口及其映射模块中IO3[7..0]~IO6[7..0]分别与键盘输入接口模块的srcL[7..0]、srcH[7..0]、dstL[7..0]、dstH[7..0]、, aluop[7..0]相连，构成简单计算机系统C，在ROM中存放编程练习中的程序3，并进行系统的仿真和调试，下载到实验板上进行测试、运行。

基于FPGA的简易微型计算机结构分析与实现

基于FPGA的简易微型计算机结构分析与实现研究了利用FPCA（现场可编程门阵列）设计和实现简易微型计算机的3种方案。

微型计算机的原理及结构一般不是很形象直观，因而不易掌握。

通过对其结构进行深入分析，文章介绍了基于FPCA的总线方式、多路选择器方式和功能描述方式以及用这3种方式实现简易微型计算机的方法，并对3种方式进行了比较。

便于充分理解掌握微型计算机内部的电路结构和相应功能，有助于深入学习EDA(电子设计自动化)及将来进行相关ASIC（专用集成电路）设计。

最后给出了在FPCA芯片上的实现结果，电路实验验证了设计的正确性。

0 引言通常，人们对微型计算机的工作原理及硬件结构的了解来源于书本知识，深入理解掌握其功能特点比较困难，要自己亲手去做一个类似功能的微型计算机更是不可能。

随着可编程逻辑器件的广泛应用，为数字系统的设计带来了极大的灵活性，用户可以利用FPGA（现场可编程门阵列）来开发出一个精简指令的CPU，同时对微型计算机的原理及结构进行充分研究，便于将来进行相关ASIC（专用集成电路）设计，也可用于计算机原理教学之中。

1 微型计算机结构及原理以一个简化的微型计算机为例，图1是微型计算机的简化结构。

点击图片查看大图图1 微型计算机的简化结构1.1 微型计算机结构微型计算机由PC（程序计数器）、IR（指令寄存器）、CON（控制部件）、MAR（存储地址寄存器）、ROM（只读存储器）、A（累加器）、ALU（算术逻辑部件）、B（寄存器）、OUTREG（输出寄存器）、DLEDDIS（数码管动态扫描模块）及DECL7S（显示模块）等组成。

这里仅介绍有所改变或不同的模块。

图1中：L为数据载入控制信号，E为三态输出选通信号，clk为时钟信号，clr为清零信号，Cp为控制PC加1信号，S0-S3为控制ALU进行加减或逻辑运算的选择信号。

所有的控制、时钟及清零信号由CON模块给出，而CON模块由外部时钟clkin及清零信号rst控制。

基于FPGA的可现场调试微机设计与实现

基于FPGA的可现场调试微机设计与实现
胡远望;叶品菊
【期刊名称】《微处理机》
【年(卷),期】2008(29)6
【摘要】介绍了基于FPGA的可现场调试微型计算机的设计和实现,给出了CPU 的结构图、算术逻辑部件模块及控制模块的工作原理.通过增加外围电路控制模块,使用键盘输入及数码管输出显示,增添了程序设计的灵活性和形象性,并且使其可现场调试.一条指令执行通常只需4个时钟周期,提高了运行速度.最后给出QuartusII 的仿真波形和实验结果.
【总页数】3页(P51-53)
【作者】胡远望;叶品菊
【作者单位】常州信息职业技术学院电子信息工程系,常州,213164;常州信患职业技术学院计算机科学与技术系,常州,213164
【正文语种】中文
【中图分类】TP368
【相关文献】
1.微机型继电保护装置的现场调试方案优化 [J], 韩军;马艳红
2.大型抽水蓄能机组微机数字式励磁系统现场调试 [J], 黄勇
3.110kV变电站微机保护装置现场调试研究 [J], 李咏轩;
4.汽轮发电机自并励静止微机励磁系统的现场调试 [J], 翟玉洁
5.10kV变电站微机保护装置现场调试方法研究 [J], 江宝容; 潘锡林
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基于FPGA的微机接口实验系统设计

基金项目：山东省重点教改项目基于能力培养的电工电子学课程体系与教学模式的探索与实践（项目编号：２０１５Ｚ０２５）㊂
ｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄＦＰＧＡｂａｓｅｄｏｎＩＳＡｂｕｓ．ＷｉｔｈＡｌｔｅｒａｃｏｍｐａｎｙ��ｓＣｙｃｌｏｎｅＩＩｓｅｒｉｅｓＦＰＧＡ
（中国石油大学（华东）信息与控制工程学院，山东青岛㊀２６６５８０）
摘㊀要：针对旧微机原理实验系统ＩＳＡ接口和新计算机无ＩＳＡ插槽的矛盾，介绍了一种基于ＦＰＧＡ的ＩＳＡ总线接口扩展ＩＳＡ总线，使不具有ＩＳＡ总线的新型计算机也能和现有的实验箱进行通信㊂提出的方案既能实现新计算机与旧微机原理实验箱的通信，满足学生做实验的要求，又能完成ＵＳＢ总线到ＩＳＡ总线的扩展，具有一定的推广价值㊂关键词：微机接口；ＥＰ２Ｃ３５Ｆ４８４Ｃ８；ＵＳＢ总线控制器；ＩＳＡ中图分类号：ＴＰ２４２㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４３０５．２０１７．０１．０１８扩展的设计和实现方案㊂该系统以Ａｌｔｅｒａ公司的ＣｙｃｌｏｎｅＩＩ系列ＦＰＧＡＥＰ２Ｃ３５Ｆ４８４Ｃ８为控制核心，利用ＵＳＢ
㊀
ＩＳＳＮ１６７２－４３０５ＣＮ１２－１３５２／Ｎ
实㊀㊀验㊀㊀室㊀㊀科㊀㊀学ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ㊀ＳＣＩＥＮＣＥ
第２０卷㊀第１期㊀２０１７年２月Ｖｏｌ�� ２０㊀Ｎｏ�� １㊀Ｆｅｂ�� ２０１７
基于ＦＰＧＡ的微机接口实验系统设计
ＣＨＥＮＣａｎ，ＬＩＬｉｎ，ＬＩＵＦｕ－ｙｕ，ＲＥＮＸｕ－ｈｕ

基于FPGA的数字调制解调器设计与实现

基于FPGA的数字调制解调器设计与实现数字调制解调器（Digital Modulation Demodulator）是一种用于数字通信系统中的关键组件，它负责将原始的数字信号转换为适合在传输媒介上传输的调制信号，以及将接收到的调制信号转换回原始的数字信号。

随着通信技术的不断发展，数字调制解调器在无线通信、光纤通信以及卫星通信等领域中起着至关重要的作用。

本文旨在介绍基于FPGA的数字调制解调器的设计与实现过程。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种集成电路，具有可编程的逻辑门和存储器单元，可以根据需要进行配置和重构，因此非常适合用于数字调制解调器的开发。

首先，我们需要确定使用的调制解调器的类型。

常见的数字调制解调器有幅移键控调制（ASK）、频移键控调制（FSK）、相移键控调制（PSK）以及正交振幅调制（QAM）等。

在设计过程中，我们需要根据实际需求选择合适的调制解调器类型。

接下来，我们需要进行数字信号的调制和解调过程。

调制过程将原始的数字信号转换为调制信号，解调过程将接收到的调制信号还原为原始的数字信号。

对于ASK调制解调器，调制过程可以根据原始数字信号的高低电平分别对应于调制信号的高低幅值。

解调过程则通过比较接收到的调制信号幅值与设定的阈值，将其还原为相应的数字信号。

对于FSK调制解调器，调制过程中，不同频率的载波波形将分别对应于不同的数字信号值。

解调过程中，接收到的调制信号将通过频率检测，还原为对应的数字信号。

对于PSK调制解调器，调制过程中，不同相位的载波波形将分别对应于不同的数字信号值。

解调过程中，接收到的调制信号将通过相位检测，还原为对应的数字信号。

对于QAM调制解调器，调制过程中，将同时利用幅度和相位信息来表示数字信号。

解调过程将通过同时检测接收到的调制信号的幅度和相位信息，还原为相应的数字信号。

最后，我们需要在FPGA上实现数字调制解调器的功能。

FPGA设计与调试

FPGA设计与调试
FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可用于实现数字电路的设计与调试。

在本文中，我们将详细讨论FPGA设计与调试的过程和技术。

FPGA设计的过程通常包括以下几个步骤：需求分析、框架设计、功能模块设计、模块集成和验证。

首先，需要对项目需求进行详细分析，并确定设计目标和要求。

然后，根据需求设计FPGA的硬件框架，包括输入输出接口、时钟和外设等。

接下来，设计功能模块，如数据处理模块、控制模块等。

在设计模块时，可以使用硬件描述语言（HDL）进行描述。

最后，将所有模块进行集成，并通过仿真和验证来验证设计的正确性。

FPGA调试是指在设计过程中发现和解决问题的过程。

FPGA调试通常包括硬件和软件两个方面的调试。

在硬件调试中，可以使用示波器或逻辑分析仪等工具来监测信号和时序，以帮助识别问题的所在。

另外，可以通过修改设计或重新布线来解决硬件问题。

在软件调试中，通常需要进行仿真和调试工具的使用来检查和验证设计的正确性。

此外，还需要根据实际应用场景来测试FPGA的性能和稳定性。

总之，FPGA设计与调试是一项复杂而重要的任务，它可以用于实现数字电路的设计和验证。

在设计和调试过程中，需要进行需求分析、框架设计、功能模块设计、模块集成和验证等步骤，并掌握FPGA硬件描述语言、逻辑和时序设计技术、编程和调试工具，以及仿真和验证技术等关键技术。

通过不断学习和实践，可以提高FPGA设计与调试的效率和质量。

fpga的调试手段

fpga的调试手段FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发。

在FPGA的设计和调试过程中，调试是一个至关重要的环节。

本文将介绍几种常用的FPGA调试手段。

一、仿真调试仿真调试是FPGA设计中最常用的调试手段之一。

通过将设计代码加载到仿真工具中，可以在计算机上模拟FPGA的运行过程，并观察设计的行为。

仿真调试可以帮助设计人员检查功能是否正常、定位问题所在，并进行时序分析等。

常用的仿真工具有ModelSim、Xilinx ISE等。

二、逻辑分析仪调试逻辑分析仪是一种用于检测和分析数字信号的仪器，也是FPGA调试中常用的工具之一。

通过连接逻辑分析仪和FPGA开发板的引脚，可以实时捕获和分析FPGA内部的信号波形。

逻辑分析仪可以帮助设计人员观察和分析时序问题、信号冲突等。

常用的逻辑分析仪有Agilent、Tektronix等。

三、调试IP核IP核是FPGA设计中常用的复用模块，通常由供应商提供。

在FPGA设计中使用IP核时，如果出现问题，可以通过调试IP核来定位和解决问题。

调试IP核可以通过查看IP核的输出和内部信号，检查配置是否正确，以及使用仿真工具来验证IP核的功能。

四、硬件调试硬件调试是指直接观察和检查FPGA开发板上的硬件电路，以确定问题所在。

通过使用示波器、万用表等工具，可以检查时钟信号、数据线、引脚连接等硬件相关的问题。

硬件调试需要一定的电路知识和实践经验，对于复杂的问题可能需要借助专业的硬件分析仪器。

五、远程调试在某些情况下，FPGA开发板可能位于远程地点，无法直接进行调试。

这时可以使用远程调试技术。

远程调试可以通过网络连接到FPGA开发板，实时监控和控制FPGA的运行状态。

常用的远程调试工具有JTAG、串口等。

六、固件调试固件调试是指在FPGA开发板上加载程序固件，并通过固件来进行调试。

固件调试可以通过在FPGA开发板上运行特定的程序，观察输出和调试信息，来判断问题所在。

基于FPGA的测控系统设计与实现

基于FPGA的测控系统设计与实现一、引言随着科技的发展，现代工程领域对于高精度、高速度、高可靠性的测控设备的需求也越来越大。

其中，基于FPGA的测控系统具有极高的灵活性和可扩展性，能够满足不同领域的测控需求。

本文将介绍基于FPGA的测控系统设计与实现，主要包括系统架构、硬件设计、软件编程等方面。

二、系统架构设计基于FPGA的测控系统一般由FPGA芯片、外设模块、存储设备和通信接口等部分组成。

其中，FPGA芯片作为核心部分，负责控制整个系统的运行。

外设模块提供不同功能的接口，如模拟采集、数字转换、时钟输入、GPIO等。

存储设备用于存储测量数据和程序代码。

在系统架构设计时，需要根据实际需求选择适合的外设模块和通信接口，以及合适的存储设备。

此外，还需要考虑不同模块之间的数据传输和控制信号，确定系统的总体布局和数据流图。

三、硬件设计基于FPGA的测控系统的硬件设计主要包括电路原理图设计、PCB设计和硬件调试等部分。

在电路原理图设计时，需要根据系统架构设计绘制不同模块的电路图，并考虑电路参数的选择和优化。

在PCB设计时，需要将电路原理图转化为布局图和线路图，并按照标准的PCB设计流程进行布线、加强电路抗干扰性、防止电磁辐射等操作。

在硬件调试过程中，需要用示波器、万用表等工具对电路进行调试和测试，确保电路稳定运行。

四、软件编程基于FPGA的测控系统的软件编程主要包括FPGA芯片的Verilog/VHDL编程、上位机程序的编写等内容。

在FPGA芯片的Verilog/VHDL编程中，需要根据不同外设模块的接口来编写对应的硬件描述语言代码，如时钟控制、数据输入输出、状态控制等。

在上位机程序编写中，需要使用不同编程语言（如C/C++、Python等）来编写程序，实现与FPGA芯片的通信、测控算法的实现、数据可视化等功能。

五、系统应用与实现基于FPGA的测控系统应用广泛，如测量、控制、自动化、通信等领域。

在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来设计相应的测控系统，并进行相关智能算法的设计和调试。

基于FPGA的微处理器设计与测试

基于FPGA的微处理器设计与测试基于FPGA的微处理器设计与测试1. 设计目标和需求首先，我们需要确定设计的目标和需求。

这包括处理器的架构类型（例如，单核还是多核）、指令集架构（例如，x86还是ARM）、处理器频率、内存大小等。

2. 处理器架构设计根据设计目标和需求，我们可以选择适合的处理器架构。

常见的架构包括冯·诺依曼架构和哈佛架构。

根据具体需求，我们可以选择相应的架构进行设计。

3. 指令集架构设计在确定了处理器架构后，我们需要设计适合的指令集架构。

这包括指令的类型、指令的操作数、寄存器的数量等。

通常，我们可以参考现有的指令集架构，如ARM指令集和x86指令集。

4. 处理器功能单元设计接下来，我们需要设计处理器的功能单元。

这包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元、存储单元等。

我们可以根据指令集架构的要求来设计这些功能单元。

5. 数据通路设计设计完功能单元后，我们需要设计处理器的数据通路。

数据通路负责指令和数据的传输。

这包括寄存器堆、数据总线、地址总线等。

6. FPGA实现完成处理器的设计后，我们可以使用FPGA进行实现。

FPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据设计需求进行配置。

将处理器的设计翻译为FPGA的配置文件，然后加载到FPGA中进行验证和测试。

7. 测试和验证在加载配置文件后，我们需要对处理器进行测试和验证。

这包括功能测试、性能测试和稳定性测试。

通过这些测试，我们可以验证处理器的正确性和性能。

8. 优化和调优在测试和验证过程中，我们可能会发现一些问题和性能瓶颈。

这时，我们需要对处理器进行优化和调优。

优化可以包括代码优化、电路优化等，以提高处理器的性能和效率。

9. 集成和应用经过测试和调优后，处理器可以集成到目标系统中进行应用。

这可以是嵌入式系统、网络设备、智能手机等。

通过集成和应用，我们可以验证处理器在具体场景下的性能和可靠性。

总结：基于FPGA的微处理器设计与测试是一个复杂而有挑战的过程。

FPGA设计和调试

演讲主题：FPGA设计和调试
设计工具和电子设计自动化(EDA)软件的发展，使得设计团队能够处理更加复杂的设计，
同时保持或缩短要求的设计时间。

由于100多万个门数、高效的设计工具及产品开发周
期优势，FPGA正广泛用于当前许多系统中，实现了大部分功能。

设计工具的发展，允
许以更高的抽象水平完成设计，更迅速地合成复杂的设计，在更短的时间内完成布局和
布线周期。

随着FPGA设计的完善程度和复杂程度不断提高，FPGA调试技术也需要类
似的发展。

为跟上FPGA更高的调试需求，必须使用新工具，优化实时FPGA调试。

通过FPGAView TM这样的解决方案，您可以随时切换测试点，而不需重新编译。

同时，
其能够把内部FPGA信号活动与板卡级信号关联起来，直接决定着您是如期完成设计、
还是错失产品开发周期。

一种fpga内部调试方法

一种fpga内部调试方法引言FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可现场编程的数字逻辑芯片，广泛用于各种电子设备中。

在FPGA设计过程中，出现问题时如何进行内部调试是一个关键的环节。

本文将介绍一种基于硬件调试模块和软件工具相结合的FPGA内部调试方法。

调试模块设计一个专门用于内部调试的硬件模块是FPGA内部调试的第一步。

这个调试模块可以通过内置逻辑电路、状态机和数据采样电路构成。

其中，内置逻辑电路和状态机用于控制调试操作的流程，包括启动、停止、暂停和恢复等；数据采样电路用于捕获和存储待调试信号的数据。

为了方便调试，调试模块可以包含多个调试通道。

每个通道可以配置调试信号的采样时机、采样频率和采样深度等参数。

此外，为了节约硬件资源，还可以设计一个FIFO缓存来保存采样的数据，在需要时再将数据读取出来进行分析。

软件工具除了硬件调试模块，软件工具也是FPGA内部调试的重要组成部分。

软件工具可以通过与FPGA进行通信，控制调试模块的工作，并且提供可视化界面展示和分析采样的数据。

软件工具可以根据需求设计不同功能模块，如数据捕获模块、波形显示模块和数据分析模块等。

数据捕获模块用于与FPGA通信，控制调试模块开始和停止采样，并将采样的数据传输到计算机上。

波形显示模块可以将采样的数据以波形图的形式展示出来，以便工程师能够直观地看到待调试信号的变化。

数据分析模块可以对采样的数据进行分析和处理，如计算统计数据、查找特定事件等。

调试流程使用上述调试模块和软件工具进行FPGA内部调试的具体流程如下：1. 设计调试模块：根据实际需求，设计适合的调试模块，并将其集成到FPGA 设计中。

2. 编写软件工具：根据调试需求，编写软件工具，实现与FPGA通信、控制调试模块和显示采样数据等功能。

3. 连接硬件和计算机：将FPGA与计算机进行连接，以便软件工具可以与FPGA 通信。

4. 配置调试模块：通过软件工具，配置调试模块的采样参数，如采样时机、采样频率和采样深度等。

基于fpga的qpsk调制解调的仿真及相关软件设计毕业设计

1 引言
1．1研究背景
自1897年意大利科学家G.Marconi首次使用无线电波进行信息传输并获得成功后，在一个多世纪的时间中，在飞速发展的计算机和半导体技术的推动下，无线通信的理论和技术不断取得进步，今天，无线移动通信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们日常生活不可缺少的重要通信方式之一。
随着数字技术的飞速发展与应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合信道传输的频带上数字调制信号有称为键控信号。在调制的过程中可用键控[1]的方法由基带信号对载频信号的振幅，频率及相位进行调制最基本的方法有三种：正交幅度调制（QAM）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
1.2.2FPGA的发展概况
FPGA/CPLD、DSP和CPU被称为未来数字电路系统的3块基石，也是目前硬件设计研究的热点[11]。过去的数字信号处理实现中，大多采用ASIC和DSP，但这类器件都有一定的缺陷。ASIC处理速度快，但开发成本高，而且内部功能不可改变，这样系统的可重构性差；DSP可以通过更改软件来改变其功能，其重构性好，但它的处理速度慢，逐渐跟不上越来越高的信号处理速度的要求字调制解调技术的发展现状
数字信号调制是用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程，数字信号的调制设备包括数字信号处理（编码）单元和调制单元。
图1.1 数字通信调制系统框图
首先将模拟信号数字化，然而数字信号序列进行编码码流是不能或不适合直
作为数字通信技术中重要组成部分的调制解调技术一直是通信领域的热点课题。随着当代通信的飞速发展，通信体制的变化也日新月异，新的数字调制方式不断涌现并且得到实际应用[2]。目前的模拟调制方式有很多种，主要有AM、FM、SSB、DSB、CW等，而数字调制方式的种类更加繁多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、QPSK、QAM等。如果产生每一种信号需要一个硬件电路甚至一个模块，那么能产生几种、十几种通信信号的通信机的电路将相当复杂，体积重量将会很大，而且要增加新的调制方式也是十分困难的。在众多调制方式中，四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)信号由于抗干扰能力强而得到了广泛的应用[3],[4]，具有较高的频谱利用率和较好的误码性能，并且实现复杂度小，解调理论成熟，广泛应用于数字微波、卫星数字通信系统、有线电视的上行传输、宽带接入与移动通信等领域中[5]，并已成为新一代无线接入网物理层和B3G通信中使用的基本调制方式[6]。现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是20世纪9年代发展起来的大规模可编程逻辑器件，随着电子设计自动化(ElectronDesign Automation EDA)技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达到ns级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面都有着非常广阔的应用前景[7]。FPGA具有高集成度、高可靠性等特点，在电子产品设计中也将得到广泛的应用。FPGA器件的另一特点是可用硬件描述语言VHDL对其进行灵活编程[8]，可利用FPGA厂商提供的软件仿真硬件的功能，使硬件设计如同软件设计一样灵活方便，缩短了系统研发周期。基于上述优点，用FPGA实现调制解调电路，不仅降低了产品成本，减小了设备体积，满足了系统的需要，而且比专用芯片具有更大的灵活性和可控性。在资源允许下，还可以实现多路调制。

探讨基于FPGA技术的微机组成原理实验系统

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实 பைடு நூலகம்
验
室
科
学
第６期
２００９年１２月
ＣＮ１ —１５／Ｎ２３２
ＬＯＲＡＴＯＲＹＳＥＮＣＥＡＢＣＩ
Ｎｏ６Ｄｅ．２０．ｃ０９
探讨基于ＦＧＰＡ技术的微机组成原理实验系统
李欣光
（南开大学信息技术科学学院，天津
中图分类号：６２０Ｇ４．
文献标识码：Ｂ
文章编号：６２４０（０９０ — ０９０１７ — ３５２０）６０７ — ３
ＡｎＦＰＧＡ－ｂｓｄｅｐｒｍｅｔｓｓｅｆｒｐｉｃｐｅｆｍｉｒｃｍｐｔｒａｅｘｅｉｎｙｔｍｏｒｎｉｌｓｏｃｏｏｕｅｓ
，
Ｌｎ—ｕｎＩＸｉ —ｇａｇ
（ｏｅｅｏＩｆｒｔｎＴｃｎｃｌｃｅｃ，ａｋｉｎｖｒｔ，Ｔａｊ００１ＣｉａＣｌｇｆｎｏｍａｏｅｈｉａＳｉｅＮｎａＵｉｅｓｙｉｎｉ３０７，ｈｎ）ｌｉｎｉｎ
机组成原理 ” 实验系统，生可以通过实验环节对学
课堂所学知识进一步融会贯通。为了增强与拓宽实验系统的功能，们采用了ＦＧ芯片技术。该技我ＰＡ
术可根据实验要求为芯片载入不同的逻辑，且而
ｓｓｅｙｔｍ
微型计算机组成原理与接口技术是计算机专业与相关自动化、电子类专业学生重要的专业基础课，它涉及的知识面多而广。在学习该课程时，生普学遍感到知识抽象难于理解，是借助于 “ 型计算但微

基于FPGA的微机原理与接口技术试验平台设计 (8255和8253)

基于FPGA的微机原理与接口技术实验平台设计专业：计算机科学与技术姓名：指导老师：摘要：本文就基于FPGA微机与接口实验平台设计的问题，首先讲述了FPGA、VHDL以及Modelsim开发软件。

其次构建了整个实验平台，包括FPGA 核心板的设计。

在FPGA基础上，以可编程计数器/定时器8253和可编程并行控制器8255为例，并介绍了8255和8253接口芯片，用VHDL语言设计了8255和8253的功能，最后在ModelSim SE开发软件上实现了编译、调试、仿真。

关键词：FPGA核心板，8253芯片，8255芯片，ModelSim SEabstractAbstract:In this paper, based on the PC and the interface experimental platform FPGA design problem, first about the FPGA, VHDL and Modelsim software development. Secondly, the whole experiment platform was constructed, including the FPGA core board design. Based on the FPGA, programmable counter / timers and programmable parallel controllers 8253 8255, for example, and introduced the 8255 and 8253 interface chip, using VHDL language design 8255 and 8253 function, the last in ModelSim SE Development the software compilation, debugging, simulation.Keyword：FPGA 8253chip 8255 chip ModelSim SE目录基于FPGA的微机原理与接口技术实验平台设计 (1)第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2研究现状 (2)1.3研究目的与意义 (3)1.4 本文的结构框架及要解决的问题 (3)第二章FPGA、VHDL及开发环境简介 (4)2.1 FPGA简介 (4)2.1.1定义 (4)2.1.2工作原理 (4)2.1.3 FPGA芯片的内部结构 (5)2.2 VHDL概述 (5)2.2.1 VHDL的由来 (5)2.2.2 VHDL的特点 (5)2.2.3 VHDL的描述风格 (6)2.2.4 VHDL基本程序结构 (7)2.3 Modelsim SE (7)2.3.1 版本类型 (7)2.3.2 仿真过程 (7)2.3.3 窗口组成 (8)第三章实验平台的构建 (8)3.1平台的需求分析 (8)3.1.1 微机型号的选择 (8)3.1.2平台的使用对象 (8)3.1.3平台的仿真对象 (9)3.2 基于FPGA的整个实验平台的组成 (9)3.3 FPGA核心板设计 (10)3.3.1 外存储芯片 (11)3.3.2 时钟与电源系统 (12)3.3.3 扩展总线与调试元件 (12)3.4微机接口硬件实验 (12)3.4.1熟悉MUT—Ⅲ型实验箱 (13)3.4.2 8253定时器的应用 (14)3.4.3 8255并行接口应用 (14)3.4.4 8250串口实验 (15)第四章 IP核的设计以及实验设计 (16)4.1 8255芯片介绍 (16)4.1.1 8255接口芯片的主要技术指标 (16)4.1.2 8255接口芯片引脚功能 (17)4.1.3 8255接口芯片的内部结构 (18)4.2 8255可编程I/O接口芯片设计 (19)4.2.1 8255的工作方式编程 (19)4.2.2控制寄存器的编程方法 (20)4.2.3 8255方式0的编程 (21)4.2.4 8255位操作 (22)4.3 8255I\O芯片的程序设计 (23)4.3.1锁存器 (23)4.3.2三态缓冲器 (24)4.3.3组合控制逻辑及8255的VHDL语言描述 (24)4.4 8253芯片介绍 (25)4.4.1 定义 (25)4.4.2 8253接口芯片的主要技术指标 (25)4.4.3 8253接口芯片引脚功能 (26)4.4.4 8253接口芯片的内部结构 (27)4.5 8253可编程I/O接口芯片设计 (28)4.5.1 8253的工作方式编程 (28)4.5.2控制寄存器的编程方法 (28)4.5.3工作方式选择 (29)第五章编译、调试、仿真 (30)第六章本文总结 (31)参考文献 (32)答谢............................................................................................................................ 错误！未定义书签。

基于FPGA的MSK调制解调器设计与实现

基于FPGA的MSK调制解调器设计与实现近年来，随着通信技术的快速发展，基于FPGA（现场可编程门阵列）的数字通信系统在实际应用中越来越受到关注。

其中，MSK （Minimum Shift Keying）调制解调器作为一种常用的数字调制解调技术，在无线通信和卫星通信等领域具有广泛的应用。

本文将重点介绍基于FPGA的MSK调制解调器的设计与实现。

一、引言MSK调制解调器作为一种相干调制解调技术，在低功耗、频谱利用率高等方面具有优异的性能，并且对于多径衰落通道的抗干扰能力也较强。

因此，设计一种高效可靠的基于FPGA的MSK调制解调器对于实现可靠的数字通信至关重要。

二、MSK调制原理MSK调制是一种相位连续调制技术，在每个码元期间保持相位幅度不变。

具体而言，MSK调制将数字信息通过一系列正弦波的连续相位变化来表示，相位的变化取决于数字信号的变化情况。

在MSK解调过程中，通过对接收信号进行相位判决和差分运算，恢复出数字信息。

三、FPGA的优势FPGA作为一种可编程器件，具有灵活性高、处理速度快、资源利用率高等优点。

在MSK调制解调器的设计中，使用FPGA可以实现各种调制解调算法的快速实现和实时性能的提升。

四、MSK调制解调器的设计与实现1. 系统架构设计设计基于FPGA的MSK调制解调器时，需要根据其功能需求和资源限制进行系统架构的设计。

主要包括调制模块、解调模块、时钟恢复模块、信道估计和均衡模块等。

2. 调制模块设计在调制模块中，需要根据MSK调制原理，通过对输入数字信息进行相位调制，生成调制信号。

这一过程可以通过差分编码和相位累积实现。

3. 解调模块设计解调模块主要是对接收信号进行相位判决和差分运算，恢复出原始的数字信息。

可以通过追踪移相锁相环（PLL）来提取载波相位，进而实现解调功能。

4. 其他功能模块设计时钟恢复模块主要用于恢复接收信号的时钟信息，保证解调的准确性。

信道估计和均衡模块可以通过最小均方差（MMSE）等算法来实现。

FPGA现场可编程器的DSP设计方法

FPGA现场可编程器的DSP设计方法FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，其自带的DSP（Digital Signal Processing）资源使其成为设计各种数字信号处理应用的理想选择。

本文将介绍FPGA现场可编程器的DSP设计方法。

首先，FPGA的DSP资源是其独特的优势之一，它可以在单个芯片上实现复杂的数字信号处理功能。

DSP资源通常由一组DSP块组成，每个块都包含一个专用的乘法器和累加器。

这些块可以被连接起来形成更复杂的信号处理链路。

在设计DSP功能时，我们可以利用这些块实现一些常见的算法，如滤波、乘法运算、快速傅里叶变换等。

其次，设计FPGA的DSP功能需要考虑资源的优化和性能的提升。

在资源的优化方面，我们可以利用合理的时钟分配和资源共享来最大化DSP资源的利用率。

例如，我们可以同步不同的DSP块的时钟，使其能够在同一个时钟周期内进行计算，从而节省DSP资源。

另外，我们还可以利用DSP块内的累加器来实现多个DSP功能的共享，进一步减少资源的使用。

在性能的提升方面，我们可以利用流水线和并行计算来实现高效的DSP功能。

通过将计算任务拆分为多个阶段并同时进行计算，可以减少计算延迟并提高计算吞吐量。

第三，设计FPGA的DSP功能还需要考虑时序和布局布线的问题。

由于FPGA的逻辑和存储资源是有限的，我们需要合理地规划时序来满足设计的要求。

时序优化包括选择适当的时钟频率、减少时序路径的延迟和平衡时序延迟等。

另外，布局布线是指将逻辑电路映射到FPGA芯片上的具体位置和线路连接。

在布局布线过程中，我们需要将相关的逻辑元素放置在靠近一起的位置以减少线路延迟，并且需要合理地规划线路连接以确保信号的稳定和准确传输。

最后，一些高级的DSP设计技术也可以应用于FPGA的DSP 设计中。

例如，我们可以利用多精度计算来提高计算的精度和性能。

多精度计算是指将计算任务分为不同的精度级别，并根据计算的要求选择合适的精度进行计算。