串行通信接口cpld.docx

1、串行通信接口cpld 常州信息职业技术学院 计算机学院（软件学院） 项目报告 学期： 2011第二学期院（系）： 计算机/软件学院项目名称： 串行通信接口指导老师： 王璐、孙飞班级： 计应094 学号： 0908143407姓名： 谢海燕 项目时间： 2011/3/172011/4/17 目录一、项目要求二、模块的构成三、模块分析设计I、主模块分析设计 1、收发模块的I/O信号 2、 示模块的I/O信号 3、 控制模块的I/O信号 4 、时钟模块的I/O信号II、时钟模块分析设计III、控制模块分析设计 1、控制模块的逻辑框图 2、数据分配器的逻辑功能 3、译码器1的逻辑功能 4、译码器2的逻

2、辑功能 5、译码器3的逻辑功能 6、译码器4的逻辑功能IV、显示模块分析设计 1、显示模块设计的框图、发送模块分析设计 1、移位寄存器模块的I/O信号 2、去抖动模块的I/O信号 3、发送控制模块的I/O信号 4、发送模块的逻辑框图VI、发送控制模块分析设计 1、发送控制模块的基本构成 2、发送控制模块的逻辑框图 3、译码器1的逻辑功能 4、译码器2的逻辑功能VII、发送移位寄存器模块分析设计 1、发送移位寄存器模块的基本构成 2、发送移位寄存器模块的逻辑框 VIII、接收模块分析设计 1、接收模块的基本构成 2、10位移位寄存器模块的I/O信号 3 、3位移位寄存器模块的I/O信号 4 、判

3、多模块的I/O信号 5 、接收控制模块的I/O信号 6 、接收模块的逻辑框图IX、接收控制模块分析设计 1 、 接收控制模块的基本构成 2 、 接收模块的逻辑框图 3 、 格雷码计数器的逻辑功能 4 、 译码器的逻辑功能 5 、 数据选择器1的逻辑功能 6 、 数据选择器2的逻辑功能X 、收发模块设计分析四、程序改错五、引脚锁定 1、单独数码管引脚锁定 2、 8个LED灯引脚锁定 3、四段数码管片选引脚锁定 4、四段数码管引脚锁定 5、码开关引脚锁定 6、其他引脚锁定 六、项目小结 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

4、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“E 48-7”。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

5、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。此项目通过用Verilog HDL语言，在QuartusII7.2环境下进行编程，完成电路图的设计，最后通过实验板下载，完成项目的功能的实现。由于项目比

6、较复杂，代码比较多，模块比较多，利用模块化进行设计，在进行项目设计时，模块化设计是非常好好的方法，可以给设计人员带来很大的便利。二、项目模块的构成项目运用模块化进行设计。这个项目总共分成以下几个模块：1、 主模块分析设计2、 时钟模块分析设计3、 控制模块分析设计4、 显示模块分析设计5、 发送模块分析设计a、发送控制模块分析设计b、发送移位寄存器模块分析设计 6、接收模块分析设计 a、接收控制模块分析设计 b、接收移位寄存器模块分析设计 c、判多模块分析设计三、模块分析过程设计 I、主模块分析设计根据设计要求，该系统可以分成4个模块：收发模块（进行串行通信的发送和接收）、显示模块（显示通信的

7、数据格式）、控制模块（控制系统的工作）、时钟模块（向系统各部分提供各种频率的时钟信号）。 1、收发模块的I/O信号收发模块是实际进行串行通信的模块，它应该通过Txd和Rxd两条线与RS-232电平转换芯片连接，串行数据就是通过这两条线进行发送和接收的。控制模块应该向收发提供一组控制信号，包括是否可以进行串行通信的控制信号、校验方式控制信号、数据位位数信号，共5位信号。该模块应该连接拨码开关和K1按键，以控制进行串行数据的发送，共9位信号。该模块还应该连接8个发光管和蜂鸣器，用以显示接收到的串行数据，并警示数据的差错，共9位信号。收发模块所需要的时钟信号有：50Hz信号（用于K1按键的去抖动）、

8、1000Hz信号（用于蜂鸣器的发声）、串行数据发送时钟信号（用于串行数据发送）、串行数据接收时钟信号（用于串行数据接收），共4位信号。2 、显示模块的I/O信号显示模块要控制一个单独的数码管和一个4位数码管显示串行通信的数据格式。显示模块的输出有：控制单个数码管显示的8位信号、控制4位数码管显示的4位位选信号和8位字段码信号，共20位信号。显示模块输入的数据信号有：单个数码管的显示数据信号（4位）、4位数码管的显示数据信号（44位），共20位信号。显示模块所输入的控制信号就是5个数码管的闪烁信号，当某个数码管需要闪烁，则对应位为“1”。显示模块所需要的时钟信号有：400Hz时钟信号（用于数码管

9、动态显示）、1Hz时钟信号（用于数码管的闪烁）。3、 控制模块的I/O信号控制模块应该连接K2、K3按键，用于设置串行通信的格式。控制模块向收发模块发出1组控制信号，用于串行通信的使能信号、校验方式控制信号、数据位位数信号，共5位信号。控制模块还要向显示模块输出数据信号，包括：单个数码管的显示数据信号（4位）、4位数码管的显示数据信号（44位），共20位信号。控制模块还要向显示模块输出闪烁控制信号，共5位信号。控制模块还要向时钟模块发出两位控制信号，用于控制串行数据发送时钟、接收时钟的实际频率。控制模块需要输入的时钟信号只有一个：50Hz的时钟信号（用于K2、K3按键去抖动）。4、时钟模块的I

10、/O信号时钟模块的输入信号是系统提供的24MHz时钟信号。它输出的信号有：1Hz信号、50Hz信号、400Hz信号、1000Hz信号、串行数据发送时钟信号、串行数据接收时钟信号（这两个信号的实际频率由控制信号决定），一共6位信号。时钟模块接收的控制信号用于控制串行数据发送时钟、接收时钟的实际频率，共2位信号。按照前面的分析，主模块的逻辑框图如下： II、时钟模块分析设计根据设计要求，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。按照前面的分析，时钟模块的逻辑框图如下

11、：III、控制模块分析设计 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。、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： 2、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

12、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。3、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）。4、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

13、输入为11时（奇校验），输出为0000（显示“O”）。5、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8h96；当输入为01时(4800波特率)，输出为8h48；当输入为10时(2400波特率)，输出为8h24；当输入为11时(1200波特率)，输出为8h12。6、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4h8；当输入为01时(7位数据位)，输出为4h7；当输入为10时(6位数据位)，输出为4h6；当输入为11时(5位数据位)，输出为4h5； IV、显示模块分析设计显示译码器

14、由显示译码器、数据选择器、变量译码器、四进制计数器以及一些门电路构成。1、显示模块设计的框图按照前面的分析，显示模块的逻辑框图如下：V、发送模块分析设计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

15、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。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。1、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。2、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

16、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。3、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。4、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：VI、发送控制模块分析设计1、发送控制模块的基本构

17、成 发送控制模块要转发发送时钟信号，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现。该模块要产生校验位，这可以把拨码开关上的数据相互进行异或而成，因为数据位的位数也是可变的，所以要先把这些数据的一些位进行清0（通过译码器1和与门实现），然后再进行异或。然后再根据校验的方式进行处理：如果是奇校验则不处理，如果是偶校验则取反，如果是无校验则固定为“1”。这里还需要另一个译码器（译码器2），它完成数据位高3位和校验位的处理。2、发送控制模块的逻辑框图按照前面的分析，发送控制模块的逻辑框图如下：3、译码器1的逻辑功能译码器1就是根

18、据数据位控制信号输出相应的屏蔽信号：当输入是00（8位数据位），则输出为111；当输入是01（7位数据位），则输出为011；当输入是10（6位数据位），则输出为001；当输入是11（5位数据位），则输出为000。4、译码器2的逻辑功能译码器2，根据数据位控制信号完成数据位高3位和校验位的处理。当数据位控制信号是00（8位数据位），则输出为：校验位、000；当数据位控制信号是01（7位数据位），则输出为：1、校验位、00；当数据位控制信号是10（6位数据位），则输出为：11、校验位、0；当数据位控制信号是00（5位数据位），则输出为：111、校验位。VII、发送移位寄存器模块分析设计1、发送移位

19、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

20、向低位方向移动，最高位固定补“1”（形成停止位）。2、发送移位寄存器模块的逻辑框图程序：module yiweijicun(clk_out,key1_out,jiaoyan,txd);input clk_out,key1_out;input8:0jiaoyan;output txd;reg10:0send_reg;always(negedge clk_out)begin if(key1_out=1b1) send_reg10:0=1b1,send_reg10:1; else send_reg10:0=jiaoyan,2b01;end assign txd=send_reg0;/把最低位送到发送

21、引脚上endmoduleVIII、接收模块分析设计 1、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

22、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

23、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。检验接收的数据是否有差错，从而向蜂鸣器输出警示信号。2、10位移位寄存器模块的I/O信号 10位移位寄存器模块显然有1位串行数据输入信号线。该模块另外还应该有10位并行数据输出信号线。该模块还应该有1个用于移位的接收时钟信号线。3、3位移位寄存器模块的I/O信号 3位移位寄存器模块显然有1位串行数据输入信号线。该模块另外还应该有3位并行数据输出信号线。该模块还应该有1个用于移位的接收时钟信号线。另外该模块还应该附加一个或门，用于判断起始位（连续收到两位低

24、电平信号，可以认为是起始位）。4、判多模块的I/O信号在我们的系统中，判多电路模块用于减少干扰信号，它应有3位输入信号，输出是1位信号5、接收控制模块的I/O信号 接收控制模块要负责转发接收时钟信号，因此它有1位接收时钟输入信号和1位接收时钟输出信号。还要输出1位（经3分频后的）接收时钟输出信号。接收控制模块输入的控制信号包括系统传来的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）。接收控制模块输入的控制信号还有从3位移位寄存器传来的起始位检测信号。接收控制模块还要对收到的数据进行检验，所以它应该输入由10位移位寄存器模块而来的数据信号。接收控制模块还

25、要把其中的数据位送到发光管上，所以还需要8位输出数据信号。6、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：/判多模块module panduo(in,out);input2:0 in; /三位数据输入output out; /1位数据输出assign out = in2 & in1 | in2 & in0 | in1 & in0;endmoduleIX、接收控制模块分析设计 1、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 2、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： 3、格雷码计数器的逻辑功能 格

26、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。4、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

27、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。5、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。6、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

28、输出：当输入是0x时（无校验），则输出是1b1；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.X 、收发模块设计分析1、收发模块的基本构成收发模块负责进行串行数据的发送和接收，显然该收发模块又可以分成2个子模块：发送模块（进行串行信号的发送）、接收模块（进行串行信号的接收）。2、发送模块的I/O信号发送模块应该通过Txd信号线与RS-232电平转换芯片连接。发送模块接收的控制信号包括：串行通信的使能信号、校验方式控制信号、数据位位数信号，共5位信号。发送模块应该连接拨码开关和K1按键，以控制进行串行数据的发送，共9位信号。发送模块所需要的时钟信

29、号有：50Hz信号（用于K1按键去抖动）、串行数据发送时钟信号（用于串行数据发送），共2位信号。3、接收模块的I/O信号接收应该通过Rxd信号线与RS-232电平转换芯片连接。接收模块也应该从控制模块获得控制信号包括：串行通信的使能信、校验方式控制信号、数据位位数信号，共5位信号。接收模块应该连接8个发光管和蜂鸣器，用以显示接收到的串行数据，并警示数据的差错，共9位信号。收发模块所需要的时钟信号有：1000Hz信号（用于蜂鸣器的发声）、串行数据接收时钟信号（用于串行数据接收），共2位信号。4、收发模块的逻辑框图按照前面的分析，收发模块的逻辑框图如下：四、程序错误1、程序中的main中的函数名要

30、和工程名一致；2、程序出错，如果出现reform是多长，现在多长，则是宽度定义不对；3、顶层模块调用小模块时输入输出口和小模块顺序不一致；4、编译错误提示：“Error：Cant access JTAG chain ; Error Operation failed 这是电缆线没有接好或者损坏或者电源没打开；5、引脚错误会出现显示乱码、顺序错误等问题，调试前应先仔细检查各个引脚，确保无误；6、顶层模块调用要记得定义连线（wire）;五、引脚锁定单独数码管引脚锁定8个LED灯引脚锁定.四段数码管片选引脚锁定.四段数码管引脚锁定拨码开关引脚锁定其他引脚锁定K1、K2、K3、串行输入输出、蜂鸣器的引脚锁定六、项目小结这学期开始的第二个项目，感觉上就和之前的教学方案不同，这学期很系统的，把所学的知识合并一起来完成一个项目，这样有目的性的学习，让我更了解自己学的这个CPLD知识到底能用在哪些地方，怎么用，给同学指明了方向。CPLD与单片机的思想不能等同，所以我们不能以C语言的思想考虑问题，就如：三分频里面的，begin if(count=2b10) count=2b00；else count=count+1b1; end 用C语言思想可以反过来，但是在CPLD不一样，在CPLD里面应该考虑电路板怎么工作。而CPLD与单片机不同之处是，用模块化的方法编写程序，