EDA技術(shù)在微機接口技術(shù)實(shí)驗教學(xué)中的應用

微機接口技術(shù)是計算機專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，是學(xué)習計算機硬件系統的關(guān)鍵課程。搞好該課程的實(shí)驗教學(xué)，對于加深對課程的理解、培養設計能力和創(chuàng )新能力具有重要的意義。多年來(lái)，微機接口技術(shù)課程的實(shí)驗一直使用專(zhuān)用實(shí)驗箱，但存在幾個(gè)方面的問(wèn)題：

(1) 實(shí)驗箱系統中的硬件結構基本固定，器件的品種、數量擴展困難，因此以驗證型的實(shí)驗為主，學(xué)生的設計難以突破實(shí)驗箱的限制；

(2) 實(shí)驗方法與前期課程脫節，與技術(shù)的發(fā)展脫節；

(3) 由于實(shí)驗箱中需學(xué)生插接的連線(xiàn)很多，只要一個(gè)接觸不良就會(huì )影響實(shí)驗的完成。因此有必要改革微機接口課程的實(shí)驗模式。EDA技術(shù)的出現，革新了傳統的手工設計過(guò)程。微機接口設計作為一個(gè)典型的復雜數字系統設計，其設計方法發(fā)生了根本性的變革，因此應用EDA技術(shù)是微機接口課程實(shí)驗改革的方向。

1 EDA技術(shù)簡(jiǎn)介

EDA技術(shù)是指以計算機為工作平臺，以EDA軟件工具為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以硬件描述語(yǔ)言為設計語(yǔ)言，以可編程器件為實(shí)驗載體，以專(zhuān)用集成電路、片上系統芯片為目標器件，以電子系統設計為應用方向的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設計過(guò)程，是一種基于芯片的現代電子系統設計方法。EDA技術(shù)主要包括4個(gè)方面的內容：

大規?？删幊踢壿嬈骷?；硬件描述語(yǔ)言；開(kāi)發(fā)軟件工具；實(shí)驗開(kāi)發(fā)系統。

其中，大規?？删幊踢壿嬈骷抢肊DA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計的載體硬件，描述語(yǔ)言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計的主要表達手段，開(kāi)發(fā)軟件工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計的智能化的自動(dòng)化設計工具，實(shí)驗開(kāi)發(fā)系統則是提供芯片下載電路及EDA實(shí)驗／開(kāi)發(fā)的外圍資源，供硬件驗證用。在實(shí)驗教學(xué)中，實(shí)驗硬件使用了我們開(kāi)發(fā)研制的CPLD開(kāi)發(fā)系統，其中的CPLD器件為Xilinx公司XC95系列的XC95144PQ160，實(shí)驗使用VHDL為設計語(yǔ)言，選用了XilinxISE7.1i作為實(shí)驗軟件。

2 設計實(shí)例——鍵盤(pán)接口設計

下面以鍵盤(pán)接口設計為例，說(shuō)明EDA技術(shù)在微機接口技術(shù)實(shí)驗教學(xué)中的應用。

2.1 硬件設計

硬件實(shí)現框圖如圖1所示。

2.2 按鍵掃描

本設計采用16.384 MHz時(shí)鐘，緩沖后除了為其他芯片提供工作時(shí)鐘外，還可采用計數的方法進(jìn)行分頻，以得到125 Hz的參考時(shí)鐘。這個(gè)時(shí)鐘，就用來(lái)作幾個(gè)與鍵盤(pán)處理息息相關(guān)的進(jìn)程敏感事件。按鍵采用通用的掃描方式，4組行掃描線(xiàn)是在每一個(gè)分頻時(shí)鐘的下降沿，利用1個(gè)預先設計的4位狀態(tài)機產(chǎn)生，在每一個(gè)掃描線(xiàn)送出的同時(shí)，讀取列值(COL)，即按鍵碼。按鍵行掃描時(shí)序圖如圖2所示。

2.3 按鍵的識別

如果本次掃描沒(méi)有鍵按下，按鍵碼賦值為00H。如果掃描到鍵碼不為0(即有鍵按下)，將該鍵碼對應的鍵值送至存儲器指定地址data key暫存。然后再觸發(fā)中斷，接受處理器的訪(fǎng)問(wèn)。本設計中CPLD將鍵碼轉換為標準鍵盤(pán)按鍵的ASCII碼，可以直接送至數據線(xiàn)由處理器做讀取、判斷處理，而無(wú)需再做轉換。