【摘 要】
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在大规模定时/计数控制系统或其它8/16位微处理器应用系统中,将使用大量的定时/计数器。因此,扩展定时/计数器的数量和范围来满足工业领域的需求成为一种趋势。本课题通过对
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在大规模定时/计数控制系统或其它8/16位微处理器应用系统中,将使用大量的定时/计数器。因此,扩展定时/计数器的数量和范围来满足工业领域的需求成为一种趋势。本课题通过对已有定时器/计数器的功能分析,运用FPGA并行执行的特点,设计了动态并行执行的定时/计数器IP核的体系结构。设计了静态可重构的定时/计数器IP核,该IP核可以依据具体工程应用需求来更改其内部的定时器或计数器的数量和定时/计数的位宽,实现对FPGA资源的灵活配置。课题研究取得了以下成果:（1）完成了8/16位微处理器与IP核的接口电路以及读写时序的设计,微处理器控制定时器和计数器工作的指令格式的设计。（2）完成了定时器的设计,提出模块间并行处理的设计思路对定时器进行功能模块划分,其中定时处理控制模块采用仿顺序操作实现在1us内对所有定时器进行一次操作,实现定时或输出PWM脉冲调制信号的功能。采用模块间的并行处理,使得每个模块能够并行处理任务,不受其它模块的影响自主运行。定时精度为1us,定时范围0.1ms～232*100ms。（3）完成了计数器的设计,按照模块间并行处理的设计思路对计数器进行功能模块划分,其中计数处理控制模块采用循环扫描方式对外部计数信号源进行检测,每个计数器的执行采用状态机对外部信号进行判断是否启动,是否向上/向下计数等操作实现对外部信号进行计数,测频或测周期等。最大计数频率为684.9KHz。（4）完成了静态可重构的定时/计数器的系统结构设计。该设计将定时器/计数器的个数和定时/计数的位宽设置成变量,当需求确定后设置定时器/计数器的个数变量和定时/计数位宽变量的值,将程序编译,综合布局布线,下载到板级,实现对定时/计数器的个数和位宽的可重构性,该设计不改变IP核内部程序的逻辑和指令格式,并提出了局部动态可重构设计思路。（5）经过时序仿真测试和板级调试验证了定时/计数器功能的正确性,并将设计验证的定时/计数器封装成IP核。仿真测试验证定时误差不大于1us;最大计数频率值为684.9KHz;可重构的定时器的定时误差不大于1ms;N个计数器同时使用时计数频率的最大值为1/(N*14*T系统*2)(其中T系统为系统时钟周期)。
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