EDA技術在微機接口技術實驗教學中的應用

微機接口技術是計算機專業的核心課程之一，是學習計算機硬件系統的關鍵課程。搞好該課程的實驗教學，對于加深對課程的理解、培養設計能力和創新能力具有重要的意義。多年來，微機接口技術課程的實驗一直使用專用實驗箱，但存在幾個方面的問題：

(1) 實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，因此以驗證型的實驗為主，學生的設計難以突破實驗箱的限制；

(2) 實驗方法與前期課程脫節，與技術的發展脫節；

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

1 EDA技術簡介

EDA技術是指以計算機為工作平臺，以EDA軟件工具為開發環境，以硬件描述語言為設計語言，以可編程器件為實驗載體，以專用集成電路、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品自動化設計過程，是一種基于芯片的現代電子系統設計方法。EDA技術主要包括4個方面的內容：

大規模可編程邏輯器件；硬件描述語言；開發軟件工具；實驗開發系統。

其中，大規模可編程邏輯器件是利用EDA技術進行電子系統設計的載體硬件，描述語言是利用EDA技術進行電子系統設計的主要表達手段，開發軟件工具是利用EDA技術進行電子系統設計的智能化的自動化設計工具，實驗開發系統則是提供芯片下載電路及EDA實驗／開發的外圍資源，供硬件驗證用。在實驗教學中，實驗硬件使用了我們開發研制的CPLD開發系統，其中的CPLD器件為Xilinx公司XC95系列的XC95144PQ160，實驗使用VHDL為設計語言，選用了XilinxISE7.1i作為實驗軟件。

2 設計實例——鍵盤接口設計

下面以鍵盤接口設計為例，說明EDA技術在微機接口技術實驗教學中的應用。

2.1 硬件設計

硬件實現框圖如圖1所示。

2.2 按鍵掃描

本設計采用16.384 MHz時鐘，緩沖后除了為其他芯片提供工作時鐘外，還可采用計數的方法進行分頻，以得到125 Hz的參考時鐘。這個時鐘，就用來作幾個與鍵盤處理息息相關的進程敏感事件。按鍵采用通用的掃描方式，4組行掃描線是在每一個分頻時鐘的下降沿，利用1個預先設計的4位狀態機產生，在每一個掃描線送出的同時，讀取列值(COL)，即按鍵碼。按鍵行掃描時序圖如圖2所示。

2.3 按鍵的識別

如果本次掃描沒有鍵按下，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。然后再觸發中斷，接受處理器的訪問。本設計中CPLD將鍵碼轉換為標準鍵盤按鍵的ASCII碼，可以直接送至數據線由處理器做讀取、判斷處理，而無需再做轉換。