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SoC (System on Chip)是指在单一芯片上可实现信号采集、转换、存储、处理和I/O接口等全部系统功能,是ASIC (Application Specific Integrated Circuit)的更高发展。SoC设计是以IP核复用为基础的,基于IP核模块的大规模集成电路设计是硬件实现的关键。在整个设计中,仿真与验证是最复杂、最耗时的环节,同时也是SoC设计成功与否的关键。本文研究与设计的仪器前端专用SoC是一个数模混合的用于数据采集和控制处理的专用芯片,包括输入信号调理电路(衰减网络和放大器阵列)、ADC、8-bitCPU等模块。系统中,信号调理电路对输入的模拟信号幅度进行调整(衰减或放大),ADC将模拟信号转换成数字信号。8-bit CPU是系统的核心,在8-bit CPU控制下,数字信号能够以4字节并行方式输出给其他处理器系统,也可以保存在系统内部存储器中,并通过8-bit CPU对其进行数字信号处理。8-bit CPU还可以控制信号调理电路的衰减或放大倍数、ADC的工作模式和采样频率。论文首先对仪器前端专用SoC的系统结构进行了研究,确定了符合设计要求的基本结构。接着对输入信号调理电路的结构和实现电路进行了分析,对所使用的ADC电路结构进行了介绍,并特别对8-bit CPU进行了分析与设计。本论文中,8-bit CPU选用80C51核,其控制功能是通过80C51核的外部控制模块来实现的,包括有时钟分频模块、数据输出控制模块、DMA、控制寄存器组等。论文中给出了各模块的设计实现及控制功能的仿真结果。并针对整个系统的功能要求,尤其是8-bit CPU对系统中信号调理电路的输入信号幅度的衰减或放大控制、对ADC工作模式和采样频率控制、对ADC采样后数据输出控制等功能要求,建立了系统仿真测试平台。基于平台的测试,是针对系统各个功能点编写C程序并转换成.in文件下载到rom中,通过Modelsim软件仿真完成的。最后搭建了系统的电路原型,在Quartus中进行了FPGA下载验证。通过仿真测试和下载验证结果,可知系统实现了设计预期的功能要求。