用VHDL語(yǔ)言在CPLD上實(shí)現(xiàn)串行通信

摘 要： 串行通信是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控的重要手段。采用VHDL語(yǔ)言在CPLD上實(shí)現(xiàn)了串行通信，完全可以脫離單片機(jī)使用。

關(guān)鍵詞： CPLD；VHDL；串行通信

引言

隨著EDA技術(shù)得發(fā)展，CPLD已經(jīng)在許多方面得到了廣泛應(yīng)用，而串行通信是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控的重要手段。本文利用VHDL語(yǔ)言在CPLD上實(shí)現(xiàn)了串行通信，完全可以脫離單片機(jī)使用，克服了單片機(jī)的許多缺點(diǎn)。

串口結(jié)構(gòu)及內(nèi)容

本設(shè)計(jì)所采用的是異步通信方式，可以規(guī)定傳輸?shù)囊粋€(gè)數(shù)據(jù)是10位，其中最低位為啟動(dòng)位(邏輯0低電平)，最高位為停止位(邏輯1高電平)，中間8位是數(shù)據(jù)位。為了方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確控制，選取發(fā)送(接受)每位數(shù)據(jù)用4個(gè)時(shí)鐘周期。為了能夠達(dá)到串行通信的波特率，例如4800B/s，則需把時(shí)鐘頻率設(shè)為19.2kHz。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

系統(tǒng)原理

首先介紹串行通信發(fā)送器的工作原理。6位計(jì)數(shù)器用于判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢及在發(fā)送完畢后裝入新的數(shù)據(jù)，其VHDL語(yǔ)言程序如下：

process(carry)
begin
if carry'event and carry='1'then
if counter40="100111"then
load<='1';
counter40<="000000";
else counter40<=counter40+1;
load<='0';
end if;
end if;
end process;

由于本設(shè)計(jì)中選取一位數(shù)據(jù)4個(gè)時(shí)鐘周期，因此當(dāng)計(jì)數(shù)到“100111”時(shí)，表示10位數(shù)據(jù)發(fā)送完畢；此時(shí)將加載信號(hào)“l(fā)oad”置1，則向移位寄存器加載10位數(shù)據(jù)。此計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)由3位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)提供，3位計(jì)數(shù)器程序?yàn)槿缦拢?/P>

process(clk)
begin
if clk'event and clk='1'then
if counter4="0011"then
counter4<="0000";
carry<='1';
else counter4<=counter4+1;
carry<='0';
end if;
end if;
end process;

當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖為3時(shí)，計(jì)數(shù)器清零并發(fā)出進(jìn)位信號(hào)“carry”，“carry”既是6位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，又是移位寄存器的移位脈沖，移位寄存器實(shí)際上在發(fā)送器中是一個(gè)并串轉(zhuǎn)換器，其程序?yàn)槿缦拢?/P>

process(load,carry)
begin
if load='1'then
reg10(9 downto 0)<=regin(9 downto 0);
else
if carry'event and carry='1' then
din<=reg10(0);
reg10(8 downto 0)<=reg10(9 downto 1);
end if;
end if;
end process;

當(dāng)加載信號(hào)高有效時(shí)，10位數(shù)據(jù)從外部寄存器中并行載入REG10，載入后在“carry”有效時(shí)，即每4個(gè)CLK周期右移一位進(jìn)入鎖存器，進(jìn)而從TXD發(fā)出。發(fā)送器的仿真波形如圖2所示。

圖2

接收器的結(jié)構(gòu)與模塊的功能與發(fā)送器相似。通過(guò)判斷接收鎖存器中的起始位是否為零，來(lái)確定接收與否。若有效時(shí)，3位計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，將鎖存器中的數(shù)據(jù)逐位右移到移位寄存器中，6位計(jì)數(shù)器同樣計(jì)數(shù)到“100111”，此時(shí)表示已接收10位數(shù)據(jù)，發(fā)出信號(hào)把移位寄存器中的數(shù)據(jù)并行讀出。接收器中的移位寄存器其實(shí)是一個(gè)串并轉(zhuǎn)換器。

結(jié)論

以上就是串行通信的基本結(jié)構(gòu)和原理，在工程中可能對(duì)波特率的要求不同。可以利用CPLD的在線可編程功能，通過(guò)修改發(fā)送(接收)每一位的時(shí)間來(lái)控制波特率，比如把一位數(shù)據(jù)每4個(gè)CLK改為2個(gè)CLK，則在時(shí)鐘頻率19.2kHz時(shí)，波特率為9600bps。除此之外，還可以通過(guò)增加時(shí)鐘頻率來(lái)增大波特率。

參考文獻(xiàn)

1 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社
2 趙俊超等. 集成電路設(shè)計(jì)VHDL教程. 希望電子出版社