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《基于串口通信CPLD》项目报告学生信息（学生填写）班级计应095日期2011/5/10姓名王海静学号0908143527计算机学院1一﹑项目要求：串行通信接口项目在实验板上构成一个全双工的串行通信接口，用户利用这个串行接口，可以与PC机或其它设备进行串行通信，并可以设置串行通信的格式。系统的状态分成工作状态和设置状态：在工作状态下，进行串行通信；在设置状态下，进行通信格式的设置。该系统用5个数码管（一个单独的数码管和一个4位数码管）显示串行通信的格式，比如串行通信的波特率是4800，7位数据位，校验方式为偶校验，则数码管显示为“E48-7”。当系统处于工作状态时，如果收到串行数据，则把该数据显示在发光管上，如果接收到的数据有错误（包括奇偶校验错误和帧错误），则让蜂鸣器发出响声。在工作状态下，若用户按下K1按键，则把拨码开关上的数据发送出去。在工作状态下，如果用户按下K2按键，进入设置状态，首先设置进行校验方式的设置：这时单独的数码管闪烁显示，若用户按下K3按键可以改变校验方式（共有O、E、n三个取值）。在此过程中，如果用户再次按下K2按键，可以进行波特率的设置：这时4位数码管的高两位闪烁，若用户按下K3按键可以改变波特率（共有96、48、24、12四个取值）。在此过程中，如果用户再次按下K2按键，可以改变数据位位数：这时4位数码管的最低位闪烁，用户按下K3按键可以改变数据位的位数（共有8、7、6、5四个取值）。在此过程中，如果用户再次按下K2按键，则系统又回到工作状态。二﹑项目内容基于QuartusII软件和串口通信的程序，通信串口作为信息传输通道，CPLD芯片作为接受信息和实现效果的工具，最终达到能够传输数据和显示相应数据的作用；1.要求通过串口通信能够获得数据内容在QuartusII软件环境中开发；2．获得接收和发送的数据；三、项目设计1.项目的设计思路首先利用利用老师所给的主框架图如下：2最初是从时钟模块着手的，这块据老师说是较简单的部分，在这一部分程序编写中主要是分频器和分频器分频的设计，一．时钟模块的基本构成根据设计要求，时钟模块主要为系统各部分提供各种频率的时钟信号，因此该模块主要由几个分频器构成。另外由于输出的发送和接收时钟信号的具体频率，受控制模块传来的信号控制，所以还需要一个数据选择器。二．时钟模块的逻辑框图按照前面的分析，时钟模块的逻辑框图如下：3三．控制模块的基本构成根据设计要求，该系统可以分成这几个模块：去抖动模块（用于K2、K3按键）、一个表示系统状态的四进制计数器、一个3进制计数器用于表示校验方式、另外两个4进制计数器分别用于表示数据位位数和波特率，另外还有4个译码器以及少量门电路。四．控制模块的逻辑框图按照前面的分析，控制模块的逻辑框图如下：4五．数据分配器的逻辑功能该模块的数据分配器，用于控制（去抖动后的）K3按键信号的传递对象，当控制信号是00时，输出信号全是1；当控制信号是01时，K3按键信号传递给校验方式计数器，另两个输出信号是1；当控制信号是10时，K3按键信号传递给波特率计数器，另两个输出信号是1；当控制信号是11时，K3按键信号传递给数据位数计数器，另两个输出信号是1。六．译码器1的逻辑功能译码器1用于控制，当输入信号是00时（工作状态），输出是00000（无闪烁）；当输入信号是01时（设置校验方式），输出是10000（单独数码管闪烁）；当输入信号是10时（设置波特率），输出是01100（4位数码管高2位闪烁）；当输入信号是11时（设置波特率），输出是00001（4位数码管最低位闪烁）。七．译码器2的逻辑功能译码器2用于给单个数码管传送显示数据，而显示的内容为“n”、“O”、“E”，当输入为0x时（无校验），输出为1010（显示“n”）；当输入为10时（偶校验），输出为1110（显示“E”）；当输入为11时（奇校验），输出为0000（显示“O”）。八．译码器3的逻辑功能译码器3用于给4位数码管的高2位传送显示数据，当输入为00时(9600波特率)，输出为8’h96；当输入为01时(4800波特率)，输出为8’h48；当输入为10时(2400波特率)，输出为8’h24；当输入为11时(1200波特率)，输出为8’h12。九．译码器4的逻辑功能译码器4用于给4位数码管的最低位传送显示数据，当输入为00时(8位数据位)，输出为4’h8；当输入为01时(7位数据位)，输出为4’h7；当输入为10时(6位数据位)，输出为4’h6；当输入为11时(5位数据位)，输出为4’h5；5十．接收控制模块的基本构成接收控制模块主要由格雷码计数器、译码器、数据选择器、3分频器以及一些逻辑门电路构成。十一．接收模块的逻辑框图按照前面的分析，接收模块的逻辑框图如下：十二．格雷码计数器的逻辑功能格雷码计数器在值为0时（即空闲状态），不进行计数，在收到检测信号时，计数器被异步置1，以后在时钟信号的作用下，计数值按照格雷码当方式不断加1；当加到与输入的比较值相同时，计数器清零。6十三．译码器的逻辑功能译码器有2组输出，第一组输出用于指示格雷码计数器的最大值，在没有校验位时，若数据位控制是00（8位数据位），则输出应是9的格雷码；若数据位控制是01（7位数据位），则输出应是8的格雷码；若数据位控制是10（6位数据位），则输出应是7的格雷码；若数据位控制是11（6位数据位），则输出应是6的格雷码。如果有校验位，则输出应比上述值多1。译码器第二组输出根据数据位控制信号输出相应的屏蔽信号：在没有校验位时，若输入是00（8位数据位），则输出为1110；当输入是01（7位数据位），则输出为1100；当输入是10（6位数据位），则输出为1000；当输入是11（5位数据位），则输出为0000。在有校验位时，若输入是00（8位数据位），则输出为1111；当输入是01（7位数据位），则输出为1110；当输入是10（6位数据位），则输出为1100；当输入是11（5位数据位），则输出为1000。十四．数据选择器1的逻辑功能数据选择器1，用于在9位的数据/校验位当中，选择输出8位数据位：在无校验时，高8位是数据位；在有校验时，低8位是数据位。十五．数据选择器2的逻辑功能数据选择器2，用于选择3位信号中的1位输出：当输入是0x时（无校验），则输出是1’b1；当输入是10时（偶校验），则输出是反向器的输出；当输入是0x时（奇校验），则输出是异或门的输出。十六．发送模块的基本构成发送模块的核心是一个“并入串出”的移位寄存器子模块，它在（去抖动后的）K1按键信号的控制下，可以接收并行的拨码开关信号（还包括起始位和校验位）；并在发送时钟的控制下，可以数据的移位，并把最低位进行输出到Txd引脚上。发送模块还应该包括一个去抖动子模块，用于K1按键的去抖动。由于我们的发送模块可以采用多种数据格式，并受到使能信号的控制，所以该模块中还应该有一个发送控制子模块，它的功能如下：①转发发送时钟信号——在使能信号有效的情况下，把系统传来发送时钟信号再转发给移位寄存器模块，若使能信号无效，则不转发，这可以用一个与非门实7现。②转送拨码开关信号——在不同的数据格式下，传给移位寄存器模块的拨码开关信号是不一样的，有些时候要屏蔽掉一些位，还要处理校验位。十七．移位寄存器模块的I/O信号移位寄存器模块应该通过Txd信号线与RS-232电平转换芯片连接。移位寄存器模块接收的控制信号是去抖动后的K1按键信号，它决定移位寄存器是接收并行数据，还是进行串行移位。移位寄存器模块接收的并行数据共有9位，包括8位拨码开关信号和1位校验位信号。发送模块所需要的时钟信号是经过转发的串行数据发送时钟信号。十八．去抖动模块的I/O信号去抖动子模块，用于按键的去抖动，这比较简单，只要一个D触发器就可以完成：触发器的数据输入端D接按键，CP端接50Hz时钟信号，触发器的输出信号就是我们需要的去抖动后的信号。十九．发送控制模块的I/O信号发送控制模块的输入的控制信号就是系统传来的5位控制信号，包括使能信号（1位）、数据位位数控制信号（2位）、校验方式控制信号（2位）。因为要转发发送时钟信号，所以要有1位时钟输入信号和1位时钟输出信号。又因为要转送拨码开关信号，所以要有8位数据输入信号，而输出给移位寄存器模块的信号应该包含校验位，所以输出的数据信号有9位。二十．发送模块的逻辑框图按照前面的分析，发送模块的逻辑框图如下：8二十一．发送移位寄存器模块的基本构成发送模块移位寄存器（并入串出）模块应该由11位移位寄存器构成，在（去抖动后）的K1按键控制下，或接收并行数据（K1信号为1），或进行移位（K1信号为0），最低位作为串行数据输出（Txd）。在接收并行数据时，最低位的值固定为1，这是因为一旦接收了并行数据，Txd引脚上就马上出现最低位的信号，而这时显然还没到发送数据的时候，所以应该发出高电平的“空闲位”。在接收并行数据时，而次低位的值固定为0，这是起始位。在接收并行数据时，高9位是控制模块转送的拨码开关信号和校验位信号（当数据位不足8位时，由发送控制模块在高位上添加上“1”）。在进行移位时，在发送时钟信号的控制下，11位数据向低位方向移动，最高位固定补“1”（形成停止位）。二十二．发送移位寄存器模块的逻辑框图按照前面的分析，发送移位寄存器模块的逻辑框图如下：9二十三．接收模块的基本构成由于在接收过程中，要防止干扰，因此在同一波特率的情况下，接收时钟的频率要高于发送时钟的频率，在我们的系统中，接收时钟的频率是波特率的3倍。接收模块的也有一个移位寄存器子模块，它由10位构成，接收数据位、校验位和停止位。这个移位寄存器是“串入并出”的，它负责在（经3分频后的）接收时钟信号控制下，接收串行数据，并把收到的数据送发光管显示。即使在使能信号有效的情况下，上述移位寄存器也不总是进行移位操作的——只有发现了起始位，才开始进行移位，在收到停止位后，应结束移位操作。直接连接Rxd引脚的是一个只有3位的移位寄存器（也是“串入并出”），它在（未分频的）接收时钟信号控制下，接收串行数据，把一位串行数据转换成3位并行数据。在空闲状态下，如果发现连续两个0，则认为是收到了起始位，立即启动前述10位移位寄存器的移位操作。在进行10位移位寄存器移位时，其串行输入信号不要直接从Rxd引脚上输入，而是从3位的移位寄存器的并行输出再经过“判多”电路模块而来，这个判多模块实现这样一个功能：若3位输入中有2位或3位输入为1，则输出为1；否则输出为0。由于我们的接收模块可以采用多种数据格式，并受到使能信号的控制，所以该模块中也应该有一个接收控制子模块，它的功能如下：③转发接收时钟信号——在使能信号有效的情况下，把系统传来接收时钟信号再转发给移位寄存器模块，若使能信号无效，则不转发，这可以用一个与非门实现。④控制10位移位寄存器的移位操作，即给它提供经过3分频的接收时钟信号。⑤检验接收的数据是否有差错，从而向蜂鸣器输出警示信号。二十四．接收控制模块的基本构成接收控制模块主要由格雷码计数器、译码器、数据选择器、3分频器以及一些逻辑门电路构成。二十五．接收模块的逻辑框图按照前面的分析，接收模块的逻辑框图如下：10二十六．格雷码计数器的逻辑功能格雷码计数器在值为0时（即空闲状态），不进行计数，在收到检测信号时，计数器被异步置1，以后在时钟信号的作用下，计数值按照格雷码当方式不断加1；当加到与输入的比较值相同时，计数器清零。二十七．译码器的逻辑功能译码器有2组输出，第一组输出用于指示格雷码计数器的最大值，在没有校验位时，若数据位控制是00（8位数据位），则输出应是9的格雷码；若数据位控制是01（7位数据位），则输出应是8的格雷码；若数据位控制是10（6位数据位），则输出应是7的格雷码；若数据位控制是11（6位数据位），则输出应是6的格雷码。如果有校验位，则输出应比上述值多1。译码器第二组输出根据数据位控制信号输出相应的屏蔽信号：在没有校验位时，若输入是00（8位数据位），则输出为1110；当输入是01（7位数据位），则输出为1100；当输入是1