C8051F单片机实验系统设计方案

1．3 电源及下载电路
单片机和FPGA均采用3．3V／1．2V稳压源供电，两者均可通过JTAG接口进行在线调试。
FPGA和单片机以典型的三总线连接进行数据通信及控制，单片机内部集成的数字／模拟资源和FPGA剩余的引脚通过插针引出，供用户使用。将以上模块有机结合起来，形成一个性能优越的开发平台，能够满足不同层次的设计需求。

2 硬件电路设计
在单片机系统的人机交互部分通常有液晶显示器(LCD)、键盘和存储器等外设，因此需要用大量的标准逻辑器件对单片机进行扩展，这些器件的组合使用会导致设计周期长、可维护性差，用FPGA来实现单片机的外围接口电路，能大大简化电路结构，节省CPU资源。
2．1 键盘接口模块
因为按键机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定的导通，在断开时也不会马上断开，因而在闭合及断开的瞬间都会伴随一连串的抖动，对于灵敏度较高的电路，这种抖动可能会造成误动作而影响操作正确性。常用的去抖动的方法为延时去抖动法，即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5～lO ms的延时；让前沿抖动消失后，再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正
有键按下。当检测到按件释放后，也要给5～10 ms的延时，待后沿抖动消失后，才能转入该键的处理程序。
对FPGA编程完成消除抖动及按键识别，由抖动消除模块、键盘扫描电路、键盘译码电路、按键数据寄存器等组成。
键盘接口电路的工作流程为：采取逐行扫描法，FPGA周而复始地对键盘进行扫描，当有键按下时，先对按键进行延时去抖处理，将按键信号存入寄存器，扫描信号来临时，根据按键扫描码查找键码表，并将其送回给单片机。程序流程如图2所示。

2．2 液晶显示模块
液晶显示器(LCD)以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等诸多优点，在便携式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
LCD可分为段位式LCD、字符式LCD和点阵式LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动，动画功能，反转，闪烁等功能，用途十分广泛。
点阵式LCD分为带汉字字库和不带汉字字库两种，带字库LCD若要显示汉字只要传给汉字内码，而不带字库LCD显示汉字时要先求出汉字字模，然后跟显示图形一样显示汉字。
本开发系统采用博控公司生产的NS240*128A点阵图形型LCD，不带中文字库。由于液晶显示器是典型的慢速设备，如果直接与高速的单片机相连时，会浪费大量的时间，可以考虑在单片机和液晶显示器中间加入FPGA，由FPGA直接驱动和控制液晶显示器。液晶显示模块框图如图3所示。