基于 VHDL語言的串行通信芯片的設(shè)計(jì)

1、摘 要本文主要介紹基于VHDL語言的串行通信芯片的設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中，主要是對(duì)可編程邏輯器件進(jìn)行程序編譯，通過所編譯的程序來實(shí)現(xiàn)串行通信芯片所具有的功能?？偟膩砜?，本設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，使用方便，移植性強(qiáng)，成本低廉。關(guān)鍵字：可編程邏輯 串行ABSTRACT This design mainly introduces serial communication CMOS chip according to VHDL language. In this design, it is mainly to translate and edit for the programmble l

2、ogic device, which realizes the function of serial communication CMOS chip by procedure edition and translation. In a word, this design has many characteristic, such as construction simple, function integrity, usage convenient, transplant strong, cheap in cost. Keyword: programmble serial目 錄1 緒論42 編

3、譯程序及過程52.1硬件描述語言VHDL簡(jiǎn)介5 2.1.1 VHDL概述5 2.1.2 VHDL的結(jié)構(gòu)5 2.1.3 VHDL的特點(diǎn)6 2.2可編程邏輯器件簡(jiǎn)介7 2.3 MAX+PLUSII簡(jiǎn)介72.4編譯環(huán)境7 2.4.1 項(xiàng)目命名7 2.4.2 文件保存并檢查錯(cuò)誤8 2.4.3 默認(rèn)一個(gè)仿真文件.SCF8 2.5編譯輸入結(jié)點(diǎn)波形92.6仿真設(shè)計(jì)項(xiàng)目9 2.6.1 打開仿真窗口9 2.6.2 設(shè)置仿真時(shí)間9 2.6.3 運(yùn)行仿真時(shí)間9 2.6.4 分析仿真結(jié)果93 系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想103.1基本概念10 3.1.1串行通信10 3.1.2 并行通信10 3.1.3異步傳送方式10 3.2設(shè)計(jì)任

4、務(wù)及要求10 3.3設(shè)計(jì)方案114 主體設(shè)計(jì)134.1程序設(shè)計(jì)134.2 內(nèi)部各進(jìn)程描述134.3 仿真14 4.3.1圖形中各部分的用途16 4.3.2波形分解16 4.3.3波形各個(gè)部分分析16 設(shè)計(jì)總結(jié)20 致謝21 參考文獻(xiàn)22 附錄123 附錄2 開題報(bào)告36 附錄3中期報(bào)告38 附錄4 英文資料40 附錄5 英文翻譯541 緒 論人類建立在信息交流的基礎(chǔ)上，通信是推動(dòng)人類社會(huì)文明、進(jìn)步與發(fā)展的巨大動(dòng)力。現(xiàn)代通信系統(tǒng)是信息時(shí)代的生命?，F(xiàn)代通信網(wǎng)已經(jīng)不在是單一的電話網(wǎng)或電報(bào)文字通信網(wǎng)，而是一個(gè)綜合性的為多種信息服務(wù)的通信網(wǎng)。為適應(yīng)世界性的政治與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的需要，人類已經(jīng)建立起世界性的全球

5、通信網(wǎng)。而通信接口在整個(gè)通信系統(tǒng)中起這交通樞紐的作用，它決定著通信過程是否能夠順利有效的完成。目前串行通信應(yīng)用十分廣泛，串行接口已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的必須部件和接口之一。常見的串行接口有符合IEEE國際電氣化標(biāo)準(zhǔn)的RS-232、RS-422、RS-232C等等。在IBMPC系列計(jì)算機(jī)中使用的是符合RS-232C串行傳輸協(xié)議的RS-232C串行接口。這個(gè)串行接口協(xié)議可以用于選擇遠(yuǎn)程和近程通信，也可以連接具有符合RS-232C串行協(xié)議的外部設(shè)備。IBMPC系列的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最多可以控制4個(gè)串行接口，但程序同時(shí)只能對(duì)其中一個(gè)串行接口進(jìn)行存取，此外，Intel公司的8250及8251系列串行接口芯片應(yīng)用也十分

6、廣泛。串行接口的使用越來越廣泛，除了PC機(jī)之間的通信和控制外部設(shè)備外，還可以通過調(diào)制解調(diào)器（MODEM）和電話線進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，例如：通過調(diào)制解調(diào)器和電話線，撥號(hào)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與互連網(wǎng)I nternet的互連。本次設(shè)計(jì)的異步串行通信接口芯片主要運(yùn)用硬件描述語言VHDL對(duì)可編程邏輯器件進(jìn)行程序編譯，使其能夠?qū)⒉⑿休斎氲臄?shù)據(jù)按照指定的格式串行輸出，也可以將串行輸入的數(shù)據(jù)按照指定的格式并行輸出。通過編程確定發(fā)送、接收的數(shù)據(jù)格式：如長度、停止位、收發(fā)功能等。本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完善、使用方便、成本低廉、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。2 硬件描述語言及編譯環(huán)境由于本次設(shè)計(jì)的是傳輸系統(tǒng)，重復(fù)性比較強(qiáng)，采用文本輸入比較方

7、便，更改方便。固本次軟件設(shè)計(jì)采用硬件描述語言VHDL(Very High Integrated Circuit Hardware Description Language ) 對(duì)可編程邏輯器件進(jìn)行編程。并且使用Altera公司的軟件MAX+PlusII來對(duì)程序編譯、仿真。下面對(duì)其進(jìn)行分別介紹：2.1、 硬件描述語言VHDL簡(jiǎn)介目前，電子系統(tǒng)正向著集成化、大規(guī)模和高密度的方向發(fā)展，所需要的集成電路的規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度也越來越高。對(duì)于如此大規(guī)模和復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)問題，傳統(tǒng)的門及描述方法線的過于瑣碎，因而難以理解和管理，這就迫使人們尋求更高抽象層次的描述方法和采用高層次的、自頂向下的設(shè)計(jì)方法。 硬

8、件描述語言（HDL）就是順應(yīng)人們的這一需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。2.1.1、 VHDL概述 VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language） 是非常高速集成電路的硬件描述語言，是可以描述硬件電路的功能、信號(hào)連接關(guān)系及定時(shí)關(guān)系的語言，它能比電路原理圖更有效的表示硬件電路的特性。模塊化和自頂向下、逐層分解的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想貫穿于整個(gè)VHDL設(shè)計(jì)文件中。使用VHDL語言，可以就系統(tǒng)的總體要求出發(fā)，自頂向下的將設(shè)計(jì)內(nèi)容細(xì)化，最后完成系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計(jì)。VHDL語言已作為一種IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，涉及接過便于復(fù)用和交流

9、。目前，他還不能應(yīng)用于模擬電路的設(shè)計(jì)，但已有人投入研究。2.1.2、VHDL的結(jié)構(gòu) 一個(gè)完整的VHDL程序結(jié)構(gòu)通常包括五個(gè)部分：實(shí)體（Entity）、結(jié)構(gòu)體（Architecture）、配置（Configuration）、程序包（Package）及庫（Library）。圖1表明了VHDL程序的基本結(jié)構(gòu)。VHDL將所涉及的任意復(fù)雜電路系統(tǒng)看作一個(gè)設(shè)計(jì)單元，實(shí)體（Entity）和結(jié)構(gòu)體（Architecture）是模塊最基本的兩個(gè)組成部分。其中，實(shí)體說明用于描述設(shè)計(jì)系統(tǒng)的外部接口信號(hào)，包括端口的數(shù)目、方向和類型等，其作用就相當(dāng)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中使用的元件符號(hào)；結(jié)構(gòu)體部分則描述該系統(tǒng)的行為、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的

10、流程或系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)形式。配置用于從庫中選取所需的單元來組成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同規(guī)格的不同版本，是被設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能發(fā)生變化。程序包存放設(shè)計(jì)模塊能共享的數(shù)據(jù)類型、常數(shù)、子程序等。庫用于存放以編譯的實(shí)體、結(jié)構(gòu)體、程序包及配置。一種是用戶自己開發(fā)的工程軟件，另一種是制造商提供的庫。VHDL文件VHDL設(shè)計(jì)庫（LIBRARY）：用以存儲(chǔ)預(yù)先完成的程序包和數(shù)據(jù)集合體。程序包（PACKAGE）：聲明在設(shè)計(jì)或?qū)嶓w中將用到的常數(shù)、數(shù)據(jù)類型、元件及子程序等。配置（CONFIGURATION）：為實(shí)體選定某個(gè)特定的機(jī)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體（ARCHITECTURE）：定義實(shí)體的實(shí)現(xiàn)，即電路的具體描述。實(shí)體（ENTITY）：聲明到其

11、他實(shí)體或其他設(shè)計(jì)的接口，即定義設(shè)計(jì)的輸入/輸出端口。圖1在用VHDL語言描述系統(tǒng)硬件行為時(shí)，按語句執(zhí)行順序?qū)ζ溥M(jìn)行分類，可以分為順序描述語句和并發(fā)描述語句。例如，進(jìn)程語句是一個(gè)并發(fā)語句。在一個(gè)構(gòu)造體內(nèi)可以有幾個(gè)進(jìn)程語句同時(shí)存在，各進(jìn)程語句是并發(fā)執(zhí)行的。但是，在進(jìn)程內(nèi)部所有語句應(yīng)是順序描述語句，也就是說，是按書寫的順序自上而下，一個(gè)語句一個(gè)語句地執(zhí)行的。順序描述語句只能出現(xiàn)在進(jìn)程或子程序中，由它定義進(jìn)程或子程序所執(zhí)行的算法。語句中所涉及到的系統(tǒng)行為有時(shí)序流、控制、條件和迭代等；語句的功能操作有算法、邏輯運(yùn)算，信號(hào)和變量的賦值，子程序調(diào)用等。順序描述語句像在一般高級(jí)語言中一樣，其語句是按出現(xiàn)的次序

12、加以執(zhí)行的。在VHDL語言中順序描述語句有以下幾種：WAIT語句、斷言語句、信號(hào)代入語句、變量賦值語句、IF 語句、CASE語句、LOOP語句、NEXT語句、EXIT語句、過程調(diào)用語句、NULL語句。在VHDL語言中能進(jìn)行并發(fā)處理的語句有進(jìn)程語句、并發(fā)信號(hào)代入語句、條件信號(hào)代入語句、選擇信號(hào)代入語句、并發(fā)過程調(diào)用語句和塊語句。 2.1.3、VHDL的特點(diǎn)（1）VHDL具有強(qiáng)大的功能，覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)，可用于從門級(jí)、電路級(jí)直至系統(tǒng)級(jí)的描述、仿真和綜合。VHDL支持層次化設(shè)計(jì)，可以在VHDL的環(huán)境下，完成從簡(jiǎn)練的設(shè)計(jì)原始描述，經(jīng)過層層細(xì)化求精，最終獲得可直接付諸生產(chǎn)的電路級(jí)或版圖參數(shù)描述的全過

13、程。（2）VHDL具有良好的可讀性。它可以被計(jì)算機(jī)接受，也容易被讀者理解。用VHDL書寫的源文件，既是程序又是文檔，即使技術(shù)人員之間交換信息的文件，又可作為合同簽約者之間的文件。（3）VHDL具有良好的可移植性。作為一種以被IEEE承認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，VHDL事實(shí)上已成為通用的硬件描述語言，可以在不同的設(shè)計(jì)環(huán)境和系統(tǒng)平臺(tái)中使用。（4）使用VHDL可以延長設(shè)計(jì)的生命周期。因?yàn)閂HDL硬件描述與工藝技術(shù)無關(guān)，不會(huì)因工藝化而使描述過時(shí)。VHDL支持對(duì)大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用。VHDL可以描述復(fù)雜的電路系統(tǒng)，支持對(duì)大規(guī)模設(shè)計(jì)進(jìn)行分解，有多人、多項(xiàng)目組來共同承擔(dān)和完成。標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)則和風(fēng)格，為設(shè)計(jì)的

14、再利用提供了有利的支持。2.2、可編程邏輯器件簡(jiǎn)介：可編程邏輯器件（PLD）是一種半定制專用集成電路，其功能可由設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的需要來加以定義。與中、小規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件（如74系列、4000系列等）相比，PLD的工作速度快，集成度高，功耗低，適應(yīng)性強(qiáng)。利用高密度可編程邏輯器件（HDPLD），甚至可以將一個(gè)較大規(guī)模的高性能數(shù)字系統(tǒng)集成于單片器件中，可大大減小數(shù)字設(shè)備的體積、重量和功耗，并顯著提高其可靠性。2.3、MAX+PLUSII簡(jiǎn)介MAX+PLUSII提供了與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境，確保了易于輸入設(shè)計(jì)、快速編譯及完成器件編程。設(shè)計(jì)者無需精通器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需要自己熟悉的設(shè)計(jì)輸入工具，如高級(jí)行為

15、語言、原理圖或波形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。它還提供了豐富的邏輯功能庫（包括74系列邏輯器件等效宏功能庫、特殊宏功能（Macro Function）模塊庫以及參數(shù)化的兆功能（Mage Function）模塊庫）供設(shè)計(jì)者使用。、MAX+PLUSII還具有開放核的特點(diǎn)，允許設(shè)計(jì)人員添加自己的宏功能模塊。充分利用這些邏輯功能模塊，可以大大減輕設(shè)計(jì)工作量。2.4、編譯過程2.4.1、指定項(xiàng)目名并建立一個(gè)新文件（1）選擇菜單命令File/Project/Name或點(diǎn)擊快捷鍵，在Project對(duì)話框中寫入自己的項(xiàng)目名稱如sci。（2）選擇菜單命令File/New或點(diǎn)擊快捷鍵，在New對(duì)話框選擇Text Editor f

16、ile,再選擇OK即出現(xiàn)一個(gè)無標(biāo)題的文本編譯器（Text Editor）窗口，將文本編輯窗口最大化。（3）選擇菜單命令File/Save as,在File Name框內(nèi)寫入sci。2.4.2、保存文件并檢查語法錯(cuò)誤（1）將程序編譯完成后，選擇菜單命令File/Project/Save&Check，或點(diǎn)擊快捷鍵（2）選擇菜單命令Windows/項(xiàng)目文件，或者選擇菜單MAX+PLUSII/ Text Editor或者點(diǎn)擊快捷鍵，把操作切換回原來的文件編譯窗口。2.4.3一個(gè)默認(rèn)的仿真通道文件. SCF（1） 指定設(shè)計(jì)項(xiàng)目。點(diǎn)擊快捷鍵打開設(shè)計(jì)文件max2woketimesci.vhd文件，然后點(diǎn)擊快

17、捷鍵，將設(shè)計(jì)項(xiàng)目名指向sci.（2） 打開波形編輯窗口。選擇菜單命令File/New或點(diǎn)擊快捷鍵，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇Waveform Editor File,并從下來的列表中選擇.scf擴(kuò)展名，然后點(diǎn)擊OK，出現(xiàn)一個(gè)無標(biāo)題的波形編輯器文件窗口。（3） 創(chuàng)建仿真器通道文件。點(diǎn)擊快捷鍵，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇OK，則建立仿真器通道文件sci.scf.（4） 設(shè)定時(shí)間軸網(wǎng)格大小，顯示網(wǎng)格。選擇菜單命令Option/Grid Size,鍵入271.2ns，并按下OK。通常用網(wǎng)格大小來表示信號(hào)狀態(tài)的基本維持時(shí)間。如有必要，選擇菜單項(xiàng)Option/Show Grid，豎直網(wǎng)線就會(huì)以271.2ns的間隔顯示

18、在波形編輯窗口中。（5） 設(shè)定時(shí)間軸長度。選擇菜單命令File/Size并鍵入結(jié)束時(shí)間值，它決定在仿真過程中仿真器如何終止施加輸出向量。網(wǎng)格大小和時(shí)間軸長度共同確定了仿真通道文件的大小。（6） 選擇菜單命令Node/Enter Nodes from SNF,（7） 關(guān)閉Type框中的All選項(xiàng)，打開Input,Output和Groups選項(xiàng)。然后選擇List，列出所需要的結(jié)點(diǎn)。（8） 選擇OK，即用所選的結(jié)點(diǎn)和組刷新波形編輯器。這里所未編輯的輸入結(jié)點(diǎn)的波形都默認(rèn)為低邏輯電平，而所輸出和隱含結(jié)點(diǎn)波形默認(rèn)為未定義（X）邏輯電平。（9） 為了便于觀察和管理波形文件可以按任意順序?qū)Y(jié)點(diǎn)組進(jìn)行排序.例如

19、:選定一結(jié)點(diǎn),拖動(dòng)鼠標(biāo),一條虛線將出現(xiàn),并且將隨著光標(biāo)的移動(dòng)而移動(dòng),把結(jié)點(diǎn)放在指定的地方。2.5、編輯輸入結(jié)點(diǎn)的信號(hào)波形 通過編輯輸入激勵(lì)波形為仿真器提供輸入向量。在對(duì)某一項(xiàng)目進(jìn)行仿真時(shí)，仿真器根據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)的邏輯電平算出并重寫未定義的隱含結(jié)點(diǎn)和輸出結(jié)點(diǎn)的邏輯電平。編輯結(jié)點(diǎn)波形的方法是：使用菜單命令Edit/Overwrite,或在待編輯處右擊菜單選中Overwrite命令來編輯波形。2.6、仿真設(shè)計(jì)項(xiàng)目2.6.1、打開仿真器窗口選擇菜單命令MAX+PLUSII/Simulator,即打開仿真器，并自動(dòng)裝載sci的仿真網(wǎng)表文件和前面創(chuàng)建的與當(dāng)前項(xiàng)目同名的仿真器通道文件sci。2.6.2、設(shè)置仿真

20、時(shí)間（1） 在Start Time對(duì)話框輸入仿真起始時(shí)間。起始時(shí)間應(yīng)處于. scf文件的時(shí)間軸范圍內(nèi)，若超出這個(gè)范圍，則默認(rèn)為0。（2） 在End Time對(duì)話框中輸入仿真終止時(shí)間，終止時(shí)間應(yīng)處于. scf文件的時(shí)間軸范圍內(nèi)同時(shí)還應(yīng)大于起始時(shí)間，否則會(huì)出錯(cuò)。2.6.3、運(yùn)行仿真器（3） 按下Start按鈕，即開始仿真sci項(xiàng)目。在仿真sci過程中，進(jìn)度指示條將朝著100%的方向移動(dòng)，仿真時(shí)間域?qū)?dòng)態(tài)更新，輸出邏輯電平將記錄到sci. scf中。（4） 在仿真過程中，可以根據(jù)情況點(diǎn)擊Pause暫停仿真，或者點(diǎn)擊Stop終止仿真。（5） 在仿真結(jié)束消息框中選擇OK2.6.4、分析仿真結(jié)果 （1）使

21、用波形編輯器窗口周圍的圖形縮、放、全景鈕及滾動(dòng)條來查看整體波形和局部波形。 （2）動(dòng)參考線，查看參考線所在位置的邏輯狀態(tài)。 （3）移動(dòng)菜單項(xiàng)Option/Snap to Grid,以便使參考線可以移動(dòng)到非網(wǎng)絡(luò)格的位置。通過觀察光標(biāo)的偏移時(shí)間，可以分析設(shè)計(jì)項(xiàng)目在所選定器件中的信號(hào)延遲關(guān)系。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的構(gòu)想3.1、基本概念3.1.1、串行通信:串行通信就是計(jì)算機(jī)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，由串行接口一位一位地收發(fā)數(shù)據(jù)，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)完全傳送完后，由串行接口一次把數(shù)據(jù)送給處理器（CPU）；當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由處理器（CPU）把數(shù)據(jù)傳送給串行接口，再由串行接口通過一條線路，一位一位地把數(shù)據(jù)傳送出去。3.1.2、并行

22、通信：并行通信是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)格式各個(gè)位同時(shí)傳送。在并行通信中，數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根通信線，因此與串行通信相比傳送速度快，但當(dāng)距離比較遠(yuǎn)時(shí)成本比較高。3.1.3、異步傳送方式:異步傳送的數(shù)據(jù)以字符為單,傳送時(shí),各個(gè)字符可以連續(xù)傳送,也可以斷續(xù)傳送,由發(fā)送方根據(jù)需要來決定。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩úㄌ芈剩┦请p方事先約定好的幀。異步傳送的另一個(gè)特點(diǎn)是,雙方各自用自己的時(shí)鐘信號(hào)來控制發(fā)送和接收。異步通信以幀為傳送單位,其中包含了一個(gè)字符信息.一個(gè)幀由其起始位開始,終止位結(jié)束。兩個(gè)幀之間為空閑位,一幀信息由7-12位二進(jìn)制組成。3.2、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求:在MAX+PLUSII環(huán)境下,采用VH

23、DL語言對(duì)目標(biāo)器件進(jìn)行程序編寫,使其具有異步串行通信芯片的大部分功能。將并行輸入的數(shù)據(jù)按指定的格式串行輸出，也可以將串行輸入的數(shù)據(jù)并行輸出。通過編寫程序確定發(fā)送、接收的不同數(shù)據(jù)格式。3.2.1、數(shù)據(jù)位長度可以為5位、6位、7位、8位3.2.2、停止位長度可以為1位、2位、1.5位3.2.3、可進(jìn)行任意分頻，如可為2分頻、4分頻、8分頻、16分頻3.2.4、通過編寫程序給出仿真波形，并分析結(jié)果3.3、設(shè)計(jì)方案：本次設(shè)計(jì)主要是軟件設(shè)計(jì)，即通過運(yùn)用硬件描述語言VHDL來進(jìn)行程序編譯，用以實(shí)現(xiàn)串行通信芯片所具有的功能。在進(jìn)行程序編譯時(shí)，要將程序劃分成三個(gè)不同的部分，即控制部分、接收部分和發(fā)送部分，在這

24、三個(gè)部分中又包含不同的進(jìn)程，如圖2所示。其中還用到了一些內(nèi)部寄存器，如：發(fā)送緩沖器（寫）、接收緩沖器（讀）、通信線控制寄存器、通信線狀態(tài)寄存器、除數(shù)寄存器（低字節(jié)）、除數(shù)寄存器（高字節(jié)）。通過程序編寫來確定數(shù)據(jù)傳輸，工作方式，通信參數(shù)設(shè)置。對(duì)接收移位寄存器空滿狀態(tài)進(jìn)行操作，并將接收移位寄存器的值放入接收數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)接收控制對(duì)通信狀態(tài)寄存器進(jìn)行操作 控制部分對(duì)發(fā)送移位寄存器空滿標(biāo)志進(jìn)行操作對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空滿標(biāo)志進(jìn)行操作，并將發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器的值傳入發(fā)送移位寄存器寫進(jìn)程 發(fā)送部分發(fā)送停止位移位發(fā)送進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)程讀進(jìn)程移位接收進(jìn)程接收數(shù)據(jù)進(jìn)程 接收部分4 主體設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)見附錄14.2

25、 內(nèi)部各進(jìn)程描述4.2.1 、第一個(gè)進(jìn)程是對(duì)移位寄存器空滿狀態(tài)進(jìn)行操作，并將接收移位寄存器中的值放入接收數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)rd、cs、ccreg(7)、a2、a1、a0、為0時(shí)，接收移位寄存器空；當(dāng)shrecregFULL置1時(shí)，表示接收移位寄存器滿，向計(jì)算機(jī)表示數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以轉(zhuǎn)入接收數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)通信控制寄存器低四位為1100 、1101、1110、1111時(shí)分別表示數(shù)據(jù)位為5位、6位、7位、8位。4.2.2、 二個(gè)進(jìn)程是寫進(jìn)程。當(dāng)寫信號(hào)為低電平時(shí)，將數(shù)據(jù)值寫入內(nèi)總線。若復(fù)位鍵置0，則接收數(shù)據(jù)寄存器賦；當(dāng)寫信號(hào)為高電平，將數(shù)據(jù)寫入通信控制寄存器，當(dāng)?shù)刂肪€a2、a1為0時(shí)，若a0為0，將數(shù)據(jù)

26、寫入除數(shù)寄存器低8位；若a0為1，將數(shù)據(jù)寫入除數(shù)寄存器高8位。當(dāng)?shù)刂肪€全為0時(shí)，將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器。4.2.3、第三個(gè)進(jìn)程是發(fā)送接收過程。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)，若串行輸入置0，表示數(shù)據(jù)開始接收；若sinF置1且接收計(jì)數(shù)器低四位為1111時(shí)表示數(shù)據(jù)接收完成；除數(shù)寄存器高四位為通信控制寄存器低四位。4.2.4、四個(gè)進(jìn)程是對(duì)發(fā)送過程的各標(biāo)志操作。當(dāng)soutF置0時(shí)，表示開始發(fā)送數(shù)據(jù)；soutF置1時(shí)表示發(fā)送完畢。當(dāng)shsendregEMPTY置0時(shí)，表示 發(fā)送移位寄存器滿；當(dāng)shsendregEMPTY置1時(shí)，表示發(fā)送移位寄存器空。4.2.5、第五個(gè)進(jìn)程是讀進(jìn)程。當(dāng)通信控制寄存器最高位置0，表示要

27、訪問接收數(shù)據(jù)寄存器；若通信控制寄存器最高位置1，表示訪問除數(shù)寄存器。當(dāng)a2、a1、a0置0時(shí)，訪問除數(shù)寄存器低8位；a2、a1置0,a0置1,訪問除數(shù)寄存器高8位。當(dāng)a2置0,a1、a0置1，訪問通信控制寄存器；當(dāng)a2、a0置1,a1置0，訪問通信控制寄存器。4.2.6、 六個(gè)進(jìn)程是接收控制進(jìn)程。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為高電平，串行信號(hào)賦1，啟動(dòng)位到來，scir_v開始計(jì)數(shù)；sin賦1時(shí)，scir_v賦0。當(dāng)接收到所設(shè)定的數(shù)據(jù)長度是scir_v置0。4.2.7、 七個(gè)進(jìn)程是產(chǎn)生停止位和BOUDOUT信號(hào)的進(jìn)程。通信控制寄存器中的第二位為0（ccreg(2)=0）時(shí)，表示發(fā)送1位停止位；當(dāng)ccreg(2)=

28、1、ccreg(1)=0、ccreg(0)=時(shí)，表示發(fā)送1.5位停止位；當(dāng)ccreg(2)=1時(shí)、stop_counter=64，表示發(fā)送2位停止位。4.2.8、 八個(gè)進(jìn)程是發(fā)送控制進(jìn)程。當(dāng)通信控制寄存器低四位為1100 、1101、1110、1111時(shí)分別表示數(shù)據(jù)位為5位、6位、7位、8位。當(dāng)發(fā)送移位寄存器空時(shí)，發(fā)送狀態(tài)寄存器將數(shù)據(jù)傳送給發(fā)送移位寄存器，然后按照規(guī)定的數(shù)據(jù)格式和波特率，加入起始位奇偶校驗(yàn)位和停止位進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。4.2.9、 九個(gè)進(jìn)程是接收移位寄存器的接收進(jìn)程。接收移位寄存器對(duì)數(shù)據(jù)線輸入端SIN輸入的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行移位接收。4.2.10、第十個(gè)進(jìn)程是數(shù)據(jù)的移位發(fā)送進(jìn)程。發(fā)送狀態(tài)寄

29、存器將微處理器送來的并行數(shù)據(jù)發(fā)送給移位寄存器，發(fā)送移位寄存器在發(fā)送時(shí)鐘的作用下，把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)；在上述的轉(zhuǎn)換過程中，按照程序設(shè)定的數(shù)據(jù)格式自動(dòng)添加起始位奇偶校驗(yàn)位和停止位。4.2.11、第十一個(gè)進(jìn)程是對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空滿標(biāo)志進(jìn)行操作的進(jìn)程。當(dāng)通信線狀態(tài)寄存器第五位為1時(shí)（sendregF=1），表示發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空，然后發(fā)送狀態(tài)寄存器將數(shù)據(jù)傳送給發(fā)送移位寄存器。當(dāng)ccreg(7)、 a2、 a1、a0 cs都置0時(shí)，表示發(fā)送狀態(tài)寄存器滿。4.2.12、第十二個(gè)進(jìn)程是對(duì)通信狀態(tài)寄存器進(jìn)行操作的進(jìn)程。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器滿時(shí)通信狀態(tài)寄存器第5位清0 ；當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空時(shí) ，通信狀態(tài)寄存器第

30、5位置1 ；當(dāng)接收數(shù)據(jù)寄存器空時(shí)，通信狀態(tài)寄存器第0位清0 ；當(dāng)接收數(shù)據(jù)寄存器滿時(shí)，通信狀態(tài)寄存器第0位置1 ；當(dāng)發(fā)送移位寄存器滿時(shí)，通信狀態(tài)寄存器第6位清0；當(dāng)發(fā)送移位寄存器空時(shí) ，通信狀態(tài)寄存器第6位置1。4.3、仿真 4.3.1：圖中各信號(hào)的用途： wr: 寫信號(hào) （低有效） reset: 復(fù)位信號(hào) （低有效） cs: 片選信號(hào) （低有效） a2、a1、a0: 8250內(nèi)部寄存器選擇信號(hào) d: 數(shù)據(jù)線（輸入） sout: 串行輸出信號(hào) dsr: 數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好信號(hào) （低有效） dtr: 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào) （低有效） rclk: 接收時(shí)鐘信號(hào) rd: 讀信號(hào) （低有效） sin: 串行信

31、號(hào)輸入端 d: 數(shù)據(jù)線（輸入） recreg: 接收數(shù)據(jù)寄存器 baudout: 波特率輸出4.3.2：整個(gè)波形圖分為四個(gè)部分： 第一部分：0-1ms 數(shù)據(jù)位長度8位，停止位1位， 2分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)36H、12H、5AH,接收數(shù)據(jù)E3H、F5H. 第二部分：1-2ms 數(shù)據(jù)位長度7位，停止位2位， 4分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)36H、12H, 接收數(shù)據(jù)63H、75H. 第三部分：2-3.4ms 數(shù)據(jù)位長度6位，停止位1位， 8分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)36H、12H, 接收數(shù)據(jù)23H、35H. 第四部分：3.4-5.5ms 數(shù)據(jù)位長度5位，停止位1.5位， 16分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)16H、12H, 接收數(shù)據(jù)03H、15H.

32、4.3.3：各部分分析： 第一部分：0-1ms 數(shù)據(jù)位長度8位，停止位1位， 2分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)36H、12H、5AH, 接收數(shù)據(jù)E3H、F5H. 1、初始化在4us時(shí)，將80寫入通信控制寄存器。（通信控制寄存器D7）在11us時(shí)，將02寫入除數(shù)寄存器低8位。（2分頻）在18us時(shí)，將00寫入除數(shù)寄存器高8位。在25us時(shí)，將03寫入通信控制寄存器。（通信控制寄存器D70，D20，D11，D01。即數(shù)據(jù)位長度8位，停止位1位） 2、發(fā)送在32us時(shí)，將待發(fā)送數(shù)據(jù)36H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，輸出dtr數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）。在得到dsr數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）后開始發(fā)送數(shù)據(jù)36H.在39u

33、s時(shí)，cpu以查詢方式工作，讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)20H（D50，即發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空）后，在47us時(shí)，將待發(fā)送數(shù)據(jù)12H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器。在56us時(shí)，cpu以查詢方式讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)00H（D51，即發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器滿）后，不斷查詢，直到222us時(shí)讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)20H（D50，即發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空）后，在234us時(shí)，將待發(fā)送數(shù)據(jù)5AH寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 。在sout端口發(fā)送出正確數(shù)據(jù)。3、接收在317us時(shí)，cpu以查詢方式讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)00H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器空）后，不斷查詢，直到420us時(shí)讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)21H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器

34、滿）后，在452us時(shí)，將接收到的數(shù)據(jù)E3H讀入到數(shù)據(jù)線上。數(shù)據(jù)F5H的接收過程與上述過程類似。注：（recreg 為接收數(shù)據(jù)寄存器） 4、baudout輸出clk的二分頻波形。第二部分：1-2ms 數(shù)據(jù)位長度7位，停止位2位， 4分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)36H、12H, 接收數(shù)據(jù)63H、75H. 將04寫入除數(shù)寄存器低8位，將00寫入除數(shù)寄存器高八位（四分頻）。 通信控制寄存器D7=0，D2=1，D1=1，D0=0，即7位數(shù)據(jù)長度，停止位2位。 將待發(fā)送數(shù)據(jù)36H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，輸出dtr數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）。在得到dsr數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）后開始發(fā)送數(shù)據(jù)36H. cpu以查詢方式

35、工作，讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)40H（D50，即發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空）后，將待發(fā)送數(shù)據(jù)12H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器。在sout端口發(fā)送出正確數(shù)據(jù)。cpu以查詢方式讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)00H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器空）后，不斷查詢，讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)41H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器滿）后，接收到的數(shù)據(jù)63H讀入到數(shù)據(jù)線上；用同樣的方法接收75H并讀入到數(shù)據(jù)線上。baudout輸出clk的四分頻波形。第三部分：2-3.4ms 數(shù)據(jù)位長度6位，停止位1位， 8分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)36H、12H, 接收數(shù)據(jù)23H、35H. 將08寫入除數(shù)寄存器低8位，將00寫入除數(shù)寄存器高八位（八分頻）。 通信控制寄存

36、器D7=0，D2=0，D1=0，D0=1，即6位數(shù)據(jù)長度，停止位1位。 將待發(fā)送數(shù)據(jù)36H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，輸出dtr數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）。在得到dsr數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）后開始發(fā)送數(shù)據(jù)36H. cpu以查詢方式工作，讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)80H（D50，即發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空）后，將待發(fā)送數(shù)據(jù)12H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器。在sout端口發(fā)送出正確數(shù)據(jù)。 cpu以查詢方式讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)00H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器空）后，不斷查詢，讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)81H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器滿）后，接收到的數(shù)據(jù)23H讀入到數(shù)據(jù)線上；用同樣的方法接收35H并讀入到數(shù)據(jù)線上。b

37、audout輸出clk的八分頻波形。第四部分：3.4-5.5ms 數(shù)據(jù)位長度5位，停止位1.5位， 16分頻。發(fā)送數(shù)據(jù)16H、12H, 接收數(shù)據(jù)03H、15H. 將0B寫入除數(shù)寄存器低8位，將00寫入除數(shù)寄存器高八位（十六分頻）。 通信控制寄存器D7=0，D2=1，D1=0，D0=0，即5位數(shù)據(jù)長度，停止位1.5位。 將待發(fā)送數(shù)據(jù)36H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，輸出dtr數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）。在得到dsr數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好信號(hào)（負(fù)脈沖）后開始發(fā)送數(shù)據(jù)36H. cpu以查詢方式工作，讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)B0H（D50，即發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空）后，將待發(fā)送數(shù)據(jù)12H寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器。在sout端口

38、發(fā)送出正確數(shù)據(jù)。 cpu以查詢方式讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)00H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器空）后，不斷查詢，讀出通信狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)C0H（D00，即接收數(shù)據(jù)寄存器滿）后，接收到的數(shù)據(jù)03H讀入到數(shù)據(jù)線上；用同樣的方法接收15H并讀入到數(shù)據(jù)線上。baudout輸出clk的十六分頻波形。 設(shè)計(jì)總結(jié)在儲(chǔ)妮晟老師的指導(dǎo)下，畢業(yè)設(shè)計(jì)到此已經(jīng)完全結(jié)束。在按照設(shè)計(jì)的任務(wù)書進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，我對(duì)通信系統(tǒng)有了全面的認(rèn)識(shí)和理解。在此過程中，我遇到了許多問題，通過詢問老師和同學(xué)以及自己查閱資料等多種途徑，解決了許多問題，也提高了自己獨(dú)立思考問題、分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也提高了動(dòng)手能力。此次設(shè)計(jì)，我不僅鞏固

39、了大學(xué)四年來學(xué)習(xí)的基本知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了寫一般論文，用自己已有的知識(shí)來分析問題、解決問題，并學(xué)到了許多課本以外的知識(shí)，提高了自己的綜合分析能力。同時(shí)也培養(yǎng)了細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，在撰寫論文的過程中，掌握了一般論文的寫作格式，提高了語言組織能力和文字駕馭能力。次次設(shè)計(jì)使我受益非淺，這是大學(xué)四年來的理論和綜合能力的考察。在本次設(shè)計(jì)中我有如下心得體會(huì)：（1） 設(shè)計(jì)中盡量使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清晰，讓人一目了然。（2） 要對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)仔細(xì)設(shè)計(jì)，考慮周全，否則一個(gè)小的失誤都會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的失敗。 致謝感謝儲(chǔ)妮晟老師的關(guān)心、指導(dǎo)和教誨。儲(chǔ)老師追求真理，嚴(yán)以律己，寬以待人的崇高品質(zhì)對(duì)我將是永遠(yuǎn)的鞭策。在此次設(shè)計(jì)中，儲(chǔ)老師

40、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，給我留下了深刻的印象，尤其是她那認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度、一絲不茍的精神、細(xì)致入微的指導(dǎo)使我深受感動(dòng)。最后，我還要感謝大學(xué)四年所有幫助過我的老師、同學(xué)和朋友，是你們讓我的大學(xué)生活充滿了生機(jī)和活力，給我留下了美好的回憶。參考文獻(xiàn)1.VHDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) 林敏、方穎立 北京電子工業(yè)出版社 2002.2.可編程邏輯器件原理、開發(fā)與應(yīng)用 趙曙光、郭萬有、楊頌華 西安電子科技大學(xué)出版社 2002. 3.現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) 楊文顯 清華大學(xué)出版社 2003.4.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用 周明德 清華大學(xué)出版社 1999.5CDMA蜂窩移動(dòng)通信與網(wǎng)絡(luò)安全 袁偉超 北京電子工業(yè)出版社

41、 2002.6. 單片機(jī)基礎(chǔ) 李廣弟、朱月秀、王秀山 北京航空航天大學(xué)出版社 2001.附錄1LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY s8250 ISPORT(clk, rclk, reset, sin, rd, wr, cs, a2, a1, a0, dsr: IN STD_ULOGIC; baudout, sout, dtr, rts: OUT STD_ULOGIC; d: INOUT STD_ULOGIC_VE

42、CTOR(7 DOWNTO 0);END s8250;ARCHITECTURE rtl OF s8250 ISSIGNAL scir: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); SIGNAL scit: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL sh_r: STD_ULOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL sl_r: STD_ULOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL sh_t: STD_ULOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL sl_t: STD_ULOGIC_VECTO

43、R(3 DOWNTO 0);SIGNAL shrecreg: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -接收移位寄存器 SIGNAL shsendreg: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -發(fā)送移位寄存器 SIGNAL recreg: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -接收數(shù)據(jù)寄存器 SIGNAL soutF, sinF: STD_ULOGIC;SIGNAL shsendregEMPTY: STD_ULOGIC:=1;SIGNAL shrecregFULL: STD_ULOGIC:=0;SIGNAL ad: ST

44、D_ULOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); SIGNAL internal_bus_out: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -內(nèi)總線 SIGNAL internal_bus_in: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -內(nèi)總線 SIGNAL ccreg: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -通信控制寄存器 SIGNAL divl: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -除數(shù)寄存器低8位 SIGNAL divh: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)

45、; -除數(shù)寄存器高8位 SIGNAL sendreg: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 SIGNAL sendregF: STD_ULOGIC;SIGNAL csreg: STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -通信狀態(tài)寄存器 SIGNAL divF: STD_ULOGIC;SIGNAL sendover: STD_ULOGIC:=1;-發(fā)送結(jié)束標(biāo)志 SIGNAL dlength: STD_ULOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL dtrF: STD_ULOGIC; BEGINdtr=dtrF;

46、rts=dtrF;dlength = 11&ccreg(1)&ccreg(0); -通信控制寄存器低四位，用于控制數(shù)據(jù)位長度 sh_r = scir(7 DOWNTO 4);sl_r = scir(3 DOWNTO 0);sh_t = scit(7 DOWNTO 4);sl_t = scit(3 DOWNTO 0);-p1:對(duì)接收移位寄存器空滿標(biāo)志進(jìn)行操作，將 -并將接收移位寄存器中的值放入接收數(shù)據(jù)寄存器中 PROCESS(rclk, rd, cs)VARIABLE shrecreg_v:STD_ULOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGIN IF(rd=0 AND cs=0

47、 AND ccreg(7)=0 AND a2=0 AND a1=0 AND a0=0) THENshrecregFULL=0; -接收移位寄存器空 ELSIF(rclkEVENT AND rclk=1) THENIF(sinF=1) AND (sh_r=dlength) AND(sl_r=1111) THEN shrecregFULL FOR i IN 0 TO 4 LOOP -數(shù)據(jù)位數(shù)為5位 shrecreg_v(i):=shrecreg_v(i+3); END LOOP; shrecreg_v:=shrecreg_v AND ; WHEN 1101 = FOR i IN 0 TO 5 LOOP -數(shù)據(jù)位數(shù)為6位 shrecreg_v(i):=shrecreg_v(i+2); END LOOP; shrecreg_v:=shrecreg_v AND ; WHEN 1110 = FOR i IN 0 TO 6 LOOP -數(shù)據(jù)位數(shù)為7位 shrecreg_v(