基于51单片机和FPGA 的人机交互系统的设计

基于51 单片机和FPGA 的人机交互系统的设计

在现代各类仪器的开发中，人机交互功能正起着无可替代的作用。人

机交互界面友好的仪器将更容易操作和使用，从而提高工作效率。液晶显示器（LCD）具有功耗低、价格低、寿命长、接口控制方便等特点，在科研与设计

领域正发挥着越来越大的作用。FPGA 作为单片机外设的接口芯片，可以大大简化接口电路，通过对FPGA 进行编程，可以实现常用的译码、地址选通等功能。

本文以C8051F020 单片机与FPGA 互连系统为控制核心，以液晶显示控制器T6963C 为例，结合行扫描键盘，简述了一种人机交互功能的设计。

1 系统设计方案：

FPGA 可在很大程度上扩展单片机的资源，然而人机交互功能仍应尽量减少对单片机及FPGA 的资源消耗，以便将更多的片内资源用于其他功能的扩展。采用FPGA 扫描键盘可以节省单片机的资源，同时也能灵活地实现键盘的扩展。而考虑到液晶控制较复杂，依然采用单片机控制LCD，使LCD 的各种功能得到最大程度的利用，其系统框图如图1 所示。

2 硬件电路及FPGA 接口设计：

2.1 总线接口设计：

这里采用单片机C8051F020 与CycloneⅡFPGA 互连的系统。C8051F020 器件是完全集成的混合信号系统级MCU 芯片，具有64 个数字I/O 引脚，与8051 完全兼容，而且速度得到了极大提高，70%的指令执行时间为1 或2 个系统时钟周期，只有4 条指令的执行时间大于4 个系统时钟周期。此外，C8051F020 系列MCU 对CIP-51 内核和外设有几项关键性的改进，提高