EDA技术综合实验指导.ppt

1、第第6 6章章 EDAEDA技术综合实验指导技术综合实验指导综合实验综合实验1 1频率测量设计频率测量设计 6.1综合实验综合实验2 2UARTUART设计设计 6.2综合设计与实验综合设计与实验 6.3综合实验综合实验1 1频率测量设计频率测量设计 6.1综合实验综合实验1 1频率测量设计频率测量设计 6.1综合实验综合实验1 1频率测量设计频率测量设计 6.16.1 6.1 综合实验综合实验11频率测量设计频率测量设计 实验目的：掌握计数测频实验目的：掌握计数测频EDA设计方设计方法。法。实验任务：本章的任务是利用实验任务：本章的任务是利用VHDL设计一种数字频率计，用设计一种数字频率计，

2、用2种方法实现。种方法实现。一种是使用传统的计数测频法，另一种是使用传统的计数测频法，另一种是基于等精度测频原理。一种是基于等精度测频原理。希望读者能够通过本章的学习理解希望读者能够通过本章的学习理解测频的原理及其优缺点，动手设计一个测频的原理及其优缺点，动手设计一个数字频率计模块。数字频率计模块。图6-1 6-1 计数数测频原理原理6.1.1系统设计系统设计 图6-2 6-2 数字数字频率率计的的组成成1时钟模块时钟模块2计数模块计数模块3锁存模块锁存模块4显示模块显示模块图6-3 6-3 数字数字频率率计仿真波形之一仿真波形之一图6-4 6-4 数字数字频率率计仿真波形之二仿真波形之二6.

3、1.2模块设计与实现模块设计与实现 1时钟模块时钟模块时钟模块产生显示扫描时钟和闸门时钟模块产生显示扫描时钟和闸门信号，后者是占空比信号，后者是占空比1/4，频率，频率0.25Hz的的方波，周期为方波，周期为4s，其中，其中1s闸门开启，闸门开启，3s闸闸门闭合，显示测量值。门闭合，显示测量值。为了节省可编程器件的资源，在显示扫为了节省可编程器件的资源，在显示扫描时钟频率描时钟频率1kHz基础上，再进行分频，得到基础上，再进行分频，得到1Hz频率。频率。至于调整占空比，非常简单，状态机或至于调整占空比，非常简单，状态机或者整数计数都可以，这里使用的是后者。者整数计数都可以，这里使用的是后者。图

4、6-5 6-5 时钟模模块的仿真波形的仿真波形2计数模块计数模块计数模块以待测信号为输入时钟，计数模块以待测信号为输入时钟，在闸门开启时计数。在闸门开启时计数。值得注意的是，计数模块的复位信值得注意的是，计数模块的复位信号输入也是闸门信号，其复位电平与其号输入也是闸门信号，其复位电平与其他模块相反，低电平复位，所以在闸门他模块相反，低电平复位，所以在闸门闭合时，计数模块复位，准备下一次计闭合时，计数模块复位，准备下一次计数。数。频 率率挡 位位1MHz1MHz001001100.0kHz100.0kHz999.9kHz999.9kHz01001010.00kHz10.00kHz99.99kHz

5、99.99kHz0110111.000kHz1.000kHz9.999kHz9.999kHz1001001Hz1Hz999Hz999Hz101101表表6-16-1挡位位编码图6-6 6-6 计数器的仿真波形数器的仿真波形3锁存模块锁存模块锁存模块在闸门信号的下降沿锁存锁存模块在闸门信号的下降沿锁存数据，这有两个作用：一、避免计数值数据，这有两个作用：一、避免计数值丢失；二、在测量时，屏蔽计数值，否丢失；二、在测量时，屏蔽计数值，否则数码管会不停地变化。则数码管会不停地变化。图6-7 6-7 锁存模存模块的仿真波形的仿真波形4显示模块显示模块显示模块将输入的显示模块将输入的4位从位从0到到9的

6、二进制的二进制数，以七段译码的方式输出。数，以七段译码的方式输出。这里，本设计使用的是共阴极七段数这里，本设计使用的是共阴极七段数码管，带一个使能端，低电平有效，如图码管，带一个使能端，低电平有效，如图6-8所示。所示。图6-8 6-8 七段数七段数码管与向量元素管与向量元素对应十十进制数字制数字段段 位位 码0 011000000110000001 111111001111110012 210100100101001003 310011000100110004 410011001100110015 51001001010010010表表6-26-2共阴极七段数共阴极七段数码管段位管段位码十十

7、进制数字制数字段段 位位 码6 610000010100000107 711011000110110008 810000000100000009 91001000010010000灭1111111111111111续表表图6-9 6-9 显示模示模块状状态机机6.2 6.2 综合实验综合实验2UART2UART设计设计 实验目的：掌握串口通信的实验目的：掌握串口通信的EDA设计设计方法。方法。实验任务：本章的任务是利用实验任务：本章的任务是利用VHDL设计一个设计一个UART收发器。收发器。希望读者能够通过本章的学习，掌握希望读者能够通过本章的学习，掌握UART的设计步骤和方法，并动手设计一的

8、设计步骤和方法，并动手设计一个个UART模块。模块。规 定定RS-232RS-232RS-422RS-422RS-485RS-485工作方式工作方式单端端差分差分差分差分节点数点数1 1发1 1收收1 1发1010收收1 1发3232收收最大最大传输距离距离5050英尺英尺4 4000000英尺英尺4 4000000英尺英尺最大最大传输速率速率20kbit/s20kbit/s10Mbit/s10Mbit/s10Mbit/s10Mbit/s表表6-36-3 RS-232 RS-232、RS422RS422和和RS-485RS-485的的电气参数气参数规 定定RS-232RS-232RS-422R

9、S-422RS-485RS-485最大最大驱动输出出电压+/+/25V25V 0.25V0.25V+6V+6V 7V7V+12V+12V驱动器器输出信号出信号电平平（负载最小最小值）+/+/5V5V+/+/15V15V+/+/2.0V2.0V+/+/1.5V1.5V驱动器器输出信号出信号电平平（负载最大最大值）+/+/25V25V+/+/6V6V+/+/6V6V驱动器器负载阻抗阻抗()()3k3k7k7k1001005454摆率（最大率（最大值）30V/30V/s sN/AN/AN/AN/A接收器接收器输入入电压范范围+/+/15V15V 10V10V+10V+10V 7V7V+12V+12V

10、接收器接收器输入入门限限+/+/3V3V+/+/200mV200mV+/+/200mV200mV接收器接收器输入入电阻阻()()3k3k7k7k4k4k（最小）（最小）12k12k驱动器共模器共模电压 3V3V+3V+3V 1V1V+3V+3V接收器共模接收器共模电压 7V7V+7V+7V 7V7V+12V+12V续表表图6-10 RS-2326-10 RS-232串口串口连接器接器对于对于DB-25，定义了，定义了25根信号线，分为根信号线，分为4组，组，（1）异步通信的）异步通信的9个信号，包括信号地：个信号，包括信号地：2、3、4、5、6、7、8、20、22；（2）20mA电流环信号电流

11、环信号9个：个：12、13、14、15、16、17、19、23、24；（3）NULL针脚针脚6个：个：9、10、11、18、21、25；（4）保护地（）保护地（PE）1个：个：1。对于对于DB-9，定义了，定义了9根信号线，在后根信号线，在后面的面的SCI设计中都要用到，因此，在这里设计中都要用到，因此，在这里详细描述。详细描述。（1）DCD信号线：信号线：DCD（DataCarrierDetection）数据载波检测，也称）数据载波检测，也称CD（CarrierDetection）载波检测，这个信号仅当）载波检测，这个信号仅当DCE为为modem时有意义。此信号有效（逻辑时有意义。此信号有效

12、（逻辑0）时，）时，说明通信链路已经建立，本地说明通信链路已经建立，本地modem收到来自远收到来自远端端modem的载波信号。的载波信号。（2）RXD信号线：信号线：RXD（ReceivedData）接收）接收信号。信号。DTE设备通过此信号线接收来自设备通过此信号线接收来自DCE设设备的数据。备的数据。（3）TXD信号线：信号线：TXD（TransmittedData）发）发送信号。送信号。DTE设备通过此信号线向设备通过此信号线向DCE设备发设备发送数据。送数据。（4）DTR信号线：信号线：DTR（DataTerminalReady）数据终端准备好。当其有效时，表明）数据终端准备好。当其

13、有效时，表明数据终端就绪，可以开始通信。数据终端就绪，可以开始通信。（5）信号地：所有的信号电平都以信号地电平）信号地：所有的信号电平都以信号地电平作为参考。作为参考。（6）DSR信号线：信号线：DSR（DataSourceReady）数据设备准备好。当其为有效时，表明数据设备准备好。当其为有效时，表明DCE处处于可用状态。于可用状态。（7）RTS信号线：信号线：RTS（RequestToSend）请求）请求发送。当发送。当DTE要发送数据时，此信号有效，通要发送数据时，此信号有效，通知知DCE准备接收数据。准备接收数据。（8）CTS信号线：信号线：CTS（ClearToSend）清除发）清除

14、发送。此信号有效表明送。此信号有效表明DCE已做好准备，通知已做好准备，通知DTE可以发送数据。可以发送数据。（9）RI信号线：信号线：RI（RingIndicator）振铃指示。）振铃指示。此信号仅当此信号仅当DCE为为modem时有意义。当本地时有意义。当本地modem收到振铃信号时，此信号有效。收到振铃信号时，此信号有效。引脚引脚序序 号号符符 号号方方 向向功功 能能1 1DCDDCDDTEDCEDTEDCE数据数据载波波检测2 2RXDRXDDTEDCEDTEDCE接收数据接收数据3 3TXDTXDDTEDCEDTEDCE发送数据送数据4 4DTRDTRDTEDCEDTEDCE数据数

15、据终端准端准备好好5 5GNDGND信号地信号地6 6DSRDSRDTEDCEDTEDCE数据数据设备准准备好好7 7RTSRTSDTEDCEDTEDCE请求求发送送8 8CTSCTSDTEDCEDTEDCE清除清除发送送9 9RIRIDTEDCEDTEDCE振振铃指示指示表表6-46-4DB-9DB-9连接器信号接器信号线说明明RS-232的电气特性方面，有如下规的电气特性方面，有如下规定：定：（1）对于）对于TXD、RXD数据信号线，电压数据信号线，电压为为“负逻辑负逻辑”，即逻辑，即逻辑“1”对应电平对应电平-3V-15V，逻辑，逻辑“0”对应电平对应电平+3V+15V，噪声容限为，噪声

16、容限为2V；（2）对于）对于RTS、CTS、DSR、DTR、DCD等等信号线，信号有效，接通，对应信号线，信号有效，接通，对应+3V+15V，信号无效，断开，对应信号无效，断开，对应-3V-15V。图6-11 MAX2326-11 MAX232系列芯片系列芯片首先，介绍几个重要的概念。首先，介绍几个重要的概念。（1）波特率）波特率（2）奇）奇/偶校验偶校验（3）起始位）起始位（4）数据位）数据位（5）停止位）停止位图6-12 RS-2326-12 RS-232发送送时序序本节所设计的本节所设计的SCI（SerialCommunicationsInterface）串行通信接口，也称）串行通信接口，也称UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）通用异步收发器。其功能）通用异步收发器。其功能如下：如下：（1）串）串/并转换和并并转换和并/串转换串转换（2）组帧）组帧（3）奇）奇/偶校验偶校验（4）modem信号检测信号检测（5）LOOPBACK功能功能6.2.1系统设计系统设计 图6-13 SCI6-13 SCI系系统设计原理原理图（1）接