PIC单片机及FPGA实验系统设计 第4页
3 实验系统总体方案
本章介绍的内容如下：
●系统方案的概述和设计步骤
●系统方案设计中考虑的综合因素
通过对本章的了解，可以让大家对本次实验系统的设计有个大概的了解，对系统方案的设计也是进行设计前所必须的，这直接关系到后面的设计。本章节向大家展示了系统方案设计的流程图和具体的影响设计的综合因素。
3.1 系统方案设计的概述和设计步骤
在本次系统的具体设计中，分为软件开发和硬件开发两大快，首先是硬件的开发，再进行软件的开发，软件的开发要参考硬件的设计，所以虽然两大快分别做介绍，但是始终要保持软硬结合。
本次系统开发主要有三个步骤：
（1） 系统总体方案的设计
（2） 系统的硬件设计
（3） 系统的软件设计
下面是系统方案设计实现的流程图(图 3 1):
图 3 1
对系统方案设计的流程图的分析：
(1)系统所实现的目标：本次系统为PIC单片机+FPGA实验开发系统，针对的广大热爱并愿意从事单片机以及FPGA的学生，尽量的从典型入手，将单片机以及FPGA的基本的外围扩展和典型的软件编写呈现出来，以适应大家在学习单片机和FPGA的时候的需要，让大家不再看繁杂的程序，可以让大家学习完单片机和FPGA以后对这方面以后，可以开发一些小东西，体验乐趣，真正达到懂单片机和FPGA。
(2)系统所需要的资源需求分析：本次系统的设计分为软件设计和硬件设计，所以系统的资源分硬件资源和软件资源，其中软件设计的时候要时刻保持跟硬件的一致性。
(3)系统实现的功能需求分析：
这里所实现的功能大体为：
PIC单片机所实现的功能分析：
⒈LED发光二级管显示实验
⒉LED数码管显示实验
⒊A/D转换实验
⒋LED点阵的显示实验
⒌ 外接实验
⒎声音的实验
⒏键盘原理及其扩展实验
⒐综合实验
●电子锁
●水泥包装机
FPGA实现功能
●多路开关的实现
●分频器的实现
(4)系统的硬件设计分析：
这里只做大体的硬件选择介绍，具体的芯片使用在具体设计时候再介绍。
①所使用的器件选择：
●单片机型号选择：这个上面做平台选择的已经提出，选择PIC单片机中的PIC16F877，这个芯片片上资源丰富，片内ROM和RAM即可以满足本次软件编程的需要
●FPGA型号选择：这个前面也已经提出，选择的是Altera公司的FPGA产品FLEX10K10L，封装是PLCC84引脚的，可以满足本次设计的要求，而且价格也不贵，非常适合本次设计
●外围器件的选择：外围器件的选择根据本次设计所实现的功能来实现，因为FPGA功能实现大部分的功能实现，其外围电路基本上是单片机部分的硬件，这样能提高资源的利用率，节约成本。重点介绍下单片机的外围芯片，根据功能来选，都是选用的非常典型的芯片
板上单片机外围资源：
●8个LED发光二级管及接口
●8个LED数码管及接口
●8×8LED点阵及接口
●4×4矩阵键盘及接口
●LM386声音放大器
●3个OP-07组成的仪用放大器
●SSP通信接口
●PIC_ICSP PIC在线调试接口
●24LC04，Microchip公司的典型的 串行总线EEPROM
●外接电源接口
●MAX232电平转换及RS-232通信接口
FPGA片外资源：
●拨码开关（选择FPGA配置方式）FPGA_JTAG口，在线调试FPGA芯片
●EPC1213，Altera公司的一款配置芯片，可以上电配置FPGA芯片
(5)系统硬件环境分析：
基本的硬件设计是在Protel99SE上完成的，实现原理图，关于软件的选择前面已经做了介绍，关于使用是实现请参阅系统硬件设计部分。
(7)系统软件实现的环境选择：
具体的实现环境的比较和选择前面已经叙述，PIC单片机部分主要使用的MPLAB，集成了PICC编译器，FPGA部分主要是利用Quartus II实现VHDL的编写。
(8)系统的可靠性设计：
系统的可靠性设计，主要体现在抗干扰上，本次设计抗干扰设计主要体现在对外接电源的滤波，芯片滤波，PCB制作的时候的接地处理，具体设计在后面的章节给出。
3.2 系统方案设计的综合考虑
总体方案做指导，指挥全局，设计的初期只能做个大的方向大体规划，方案要不断修改，才能体现其完善。当然，这里提的只是慢慢向完善靠拢，方案的设计中，大抵不用考虑细节，细节方面的考虑在系统的硬件设计和软件设计方面尤其重要，细节体现品质，在具体的设计中，打败这个设计的最终结果的，往往不在方案上，而在细节的把握上，所以本次设计中，在硬件设计和软件设计方面更加注意了细节的把握，尽量用自己所学的东西让系统尽量没有什么差错。
上面介绍了本次设计中的设计的步骤和流程，这里主要介绍在本次实验系统方案设计中要综合考虑的因素, 本次设计方案当中，尽量对各个方面进行了周密考虑，希望能制定出一个合理的，周全的方案，在所做方案中具体考虑了以下的几点：
●硬件的选择能否适应系统提出的要求
●硬件芯片是否能够买到，或者是否和你的预期花费有矛盾换句话说，就是你要用的东西一定要能买到而且要相对你来说不要太贵，这点要求很实际，以做过的工程而言，这个是必须考虑的东西，你不可能用了一个片子，却不知道它是否还在生产，就算它还在生产，也要事先知道它的价格，考虑的程度上可以更进一步，灵活的使用芯片，同功能价格比较低的芯片还是很多的。
●硬件实现的接口问题，在实际的系统设计中，要实现很多的通信，不如说，单片机之间的通信，单片机与PC的通信，单片机与芯片之间的通信等，采用什么样的接口比较重要，不如说，单片机与PC的通信所使用的RS-232芯片，PIC单片机与外围器件通信所采用的SPI接口，或者是SSP模块上的I2C模块等。
●所设计的硬件系统的资源能否满足要求，比如说：片上的ROM和RAM能否满足软件要求，LED数码管的个数对于软件来说是否够用
●系统软件设计时候对于开发环境和语言的选择，尤其开发语言对系统的设计很重要，以PIC单片机的开发语言为例，有PIC C语言和汇编语言两种，C语言的好处就是，方便，对系统开发的可靠性，可读性，可移植性等都较汇编好，可以缩短开发周期，但是，RISC精简指令集是PIC的一个特色，其相对其他的汇编语言来说，主要是复杂指令集来说其开发还是比较简单的，但相对C语言说，周期长，可读性，可一直性方面也比较差，但众所周知，其直接对硬件操作，效率高。所以对于比较要求时序的软件设计中，用汇编比较好，比如说通信程序，其他程序用C好处比较多
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