CPLD的串口電路設計

2. 發(fā)送模塊

發(fā)送部分采用狀態(tài)機t_state 進(jìn)行編程，共設兩個(gè)值：t-start 和t_shift，分別表示發(fā)送開(kāi)始以及發(fā)送保持狀態(tài)。復位鍵按下時(shí)設置到t-start 狀態(tài)，并將發(fā)送數據位設為“1”， 發(fā)送的數據位數計數為0，在t-start 狀態(tài)，狀態(tài)機將處于這一個(gè)狀態(tài)并等待波特率計數信號的電平上升沿到來(lái)。上升沿到來(lái)時(shí)，依據t_state 狀態(tài)的不同值做不同處理，如果是t-start 開(kāi)始狀態(tài)則先讀待發(fā)送的數據，并發(fā)送開(kāi)始位“0”，然后將狀態(tài)轉到發(fā)送保持t_shift 狀態(tài)，在發(fā)送保持t_shift 狀態(tài)，不斷判斷發(fā)送的數據位數是否滿(mǎn)8 位，如果滿(mǎn)了則回歸t-start 狀態(tài)，否則繼續發(fā)送，保持在t_shift 狀態(tài)，為避免干擾將其余情況下的狀態(tài)自動(dòng)跳轉到t-start 狀態(tài)。程序如下：

PROCESS（baud_rate,reset,data）

-- 數據發(fā)送部分

VARIABLE t_no:INTEGER RANGE 0 TO 8;

-- 發(fā)送的數據各位的位序號

VARIABLE txds:STD_LOGIC;

VARIABLE dtmp:STD_LOGIC_VECTOR（7

DOWNTO 0）；

BEGIN

IF reset='0' THEN

t_state=t_start;

txds:='1';

t_no:=0;

ELSIF baud_rate'event AND baud_rate='1' THEN

CASE t_state IS

WHEN t_start=>

dtmp:=data;

txds:='0'; -- 發(fā)送開(kāi)始

t_state=t_shift;

WHEN t_shift=> IF t_no=d_len THEN

txds:='1'; -- 發(fā)送結束

t_no:=0;

t_state=t_start;

ELSE

txds:=dtmp（t_no）； -- 發(fā)送一字節數據

t_no:=t_no+1;

END IF;

WHEN thers=>t_state=t_start;

END CASE;

END IF;

txd=txds;

END PROCESS;

3. 數據接收模塊

接收部分采用狀態(tài)機進(jìn)行編程，共設兩個(gè)狀態(tài)：

r-start 和r_shift 分別表示接收開(kāi)始以及接收保持狀態(tài)；復位鍵按下時(shí)設置到r-start 狀態(tài)，并將待接收存放數據的data 賦值為“00000000”， 在r-start狀態(tài)，接收狀態(tài)機將處于這一個(gè)狀態(tài)并等待波特率計數信號的電平上升沿到來(lái)。波特率發(fā)生模塊的計數上升沿到來(lái)，依據狀態(tài)的不同值做不同處理，如果是r-start 接收開(kāi)始狀態(tài)則等待開(kāi)始位信號，檢測到rxds=‘0’的開(kāi)始位信號好轉到r_shift 接收保持狀態(tài)，r_shift 接收保持狀態(tài)會(huì )不斷判斷接收的數據位數是否滿(mǎn)8 位，如果滿(mǎn)了則回歸r-start 狀態(tài)，否則繼續接收，保持在r_shift 接收保持狀態(tài)，為避免干擾將其余情況下的狀態(tài)自動(dòng)跳轉到r-start 接收開(kāi)始狀態(tài)，程序與發(fā)送部分類(lèi)似，此處省略。

三、串口通信的VHDL程序仿真結果

串行口通信的仿真結果如圖2 所示。從圖中可以看出，每發(fā)送完一個(gè)字節，即8 位數據后，線(xiàn)路上將輸出一個(gè)高電平，之后又開(kāi)始傳送下一個(gè)字節。

同樣，仿真波形顯示，有效數據到達接收管腳rxd之前，線(xiàn)路上保持為高電平，直到收到一個(gè)低電平起始位，將該起始位后的8 位數據串行接收后依次送到保存接收結果的信號data 的各位。

圖2 串行口通信仿真波形圖

串口通信的硬件驗證

將程序通過(guò)在系統編程下載入配套的CPLD 電路板進(jìn)行硬件驗證，按照以下步驟進(jìn)行。

（1）確定管腳對應關(guān)系：

串行接收管腳rxd 與max232 的12 腳R1OUT對應； 串行發(fā)送管腳txd 與max232 的11 腳T1IN對應；復位信號reset 與按鍵S1 對應。

（2）由QUARTUS II 進(jìn)行管腳分配：

f10MHz 在MAXII 芯片上對應的管腳號為12 ；S1 在MAXII 芯片上對應的管腳號為21 ； rxd 在MAXII 芯片上對應的管腳號為89; txd 在MAXII 芯片上對應的管腳號為90。

（3）電平定義：

按鍵S1 按下時(shí)表示輸入信號為低電平。

應用“ 串口調試助手” 進(jìn)行驗證， 在發(fā)送窗口隨機輸入需要發(fā)送的字符，可以發(fā)現由PC 機發(fā)給CPLD 的字符被CPLD 傳送回來(lái)并在接收窗口顯示出來(lái)。在批量隨機數據發(fā)送后分析：在傳輸時(shí)19.2kb/s 傳輸速率下，誤碼率達10-8。