matlab編程代做基于VHDL語言的Intel8251可編程串行擴展

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接口芯片設計

摘要

隨著集成電路技術的發(fā)展，電子設計自動化（EDA）逐漸成為重要的設計手段，已經(jīng)廣泛應用于模擬與數(shù)字電路系統(tǒng)等大量領域。電子設計自動化是一種實現(xiàn)電子系統(tǒng)或電子產(chǎn)品自動化設計的技術，它與電子技術，微電子技術的發(fā)展密切相關，它吸收了計算機科學領域的大多數(shù)最新研究成果，以高性能的計算機作為工作平臺，促進了工程發(fā)展。EDA的一個重要特征就是使用硬件描述語言（HDL）來完成的設計文件，VHDL語言是經(jīng)IEEE確認的標準硬件語言，在電子設計領域受到了廣泛的接受。本文介紹了串行通信的基本理論；綜述了EDA技術的發(fā)展概況，介紹了MAX+PLUSll軟件；熟悉Intel8251基本結構和工作原理；最終設計仿真了Intel8251的頂級功能模塊和子功能模塊.

關鍵詞:VHDL語言；MAX+PLUSll軟件；串行收發(fā)器

ABSTRACT

Withthetechnicaldevelopmentofintegratedcircuit(IC),theelectronicsdesignautomation(EDA)becomestheimportantdesignmeansgradually,andalreadyextensivelyusedinmanyfieldssuchassimulationanddigitalelectrocircuitsystem.Theelectronicsdesignautomationisakindoftechniquethatcarriesouttheelectronicssystemortheelectronicsproductstoautomatethedesign.Closelyrelatedwiththeelectronicstechniqueandthetechnicaldevelopmentofmicro-electronics,absorbedthelatestresultofthecomputerscienceresearching,usingthecomputerwiththehighcapability,theelectronicsdesignautomationpromotedtheengineeringdevelopment.AsignificantcharacteristicofEDAistocompletethedesignfilesbythehardwaredescriptionlanguage(HDL),VHDLisastandardhardwarelanguagewhichisvalidatedbytheIEEEandisacceptableextensivelyinthefieldoftheelectronicdesign.Thispaperintroducesthebasictheoryofserialcommunication,generalizesdevelopinghistoryofEDA,somesimulativesoftwaresuchassoftwareofMAX+PLUSll,acquaintwiththebasicstructuresandtheworkprinciplesof8251;Atlast,thedesignofthetop-classfunctionmoduleandsub-functionmoduleof8251ispassedinsimulation.

Keywords:LanguageofVHDL;MAX+PLUSllsoftware;SerialTransceiver

1引言

1．1課題研究的背景

在系統(tǒng)中嵌入式CPU往往要通過各種串行數(shù)據(jù)總線與外界進行通信，在應用中，異步的串行數(shù)據(jù)通信用得較多，而通用異步收發(fā)器（UARTUniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）在其中扮演著重要角色，它可以完成數(shù)據(jù)的串并轉換，即把并行數(shù)據(jù)依照通信波特率轉化為通信協(xié)議中規(guī)定的串行數(shù)據(jù)流，也可從串行數(shù)據(jù)流中取出有用數(shù)據(jù)轉變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)。而UART與CPU接口簡單，CPU只需通過執(zhí)行讀寫操作即可完成收發(fā)數(shù)據(jù)，從而完成與外界的通信。有大量現(xiàn)成的芯片可以實現(xiàn)UART的功能：如常用的Intel8250/8251接口芯片就可以作為RS232、RS422串口的UART控制芯片。

FPGA/CPDL是20世紀90年代發(fā)展起來的大規(guī)?？删幊桃?guī)律器件，隨著EDA技術和微電子技術的進步，F(xiàn)PGA的時鐘延遲可達到ns級，結合其并行工作方式，在超高速、實時測控方面有十分廣闊的應用前景;并且FPGA具有高集成度、高可靠性，幾乎可以將整個設計系統(tǒng)下載于同一芯片中，實現(xiàn)所謂片上系統(tǒng)，從而大大縮小其體積，因此以FPAG/CLPD為代表的可編程規(guī)律器件受到了世界范圍內廣大電子設計工程師的普遍歡迎，應用日益廣泛。在國外，F(xiàn)GPA的技術發(fā)展與應用己達到相當高的程度;在國內，F(xiàn)PAG技術發(fā)展十分迅速，然而與國外相比還存在較大的差距。1．2課題研究的主要內容與意義

本文的研究課題利用串行通訊相當成熟的技術，重點探討如何用VHDL編程實現(xiàn)UART，完成基于VHDL語言的可編程串行通信接口8251的設計。

論文結構安排如下:

第一章：介紹了本文的研究背景、研究內容和意義；其次章：闡述數(shù)據(jù)通信原理，介紹串行通信；

第三章：介紹EDA以及硬件描述語言VHDL、開發(fā)工具MaxplusII；

第四章：介紹可編程串行通信接口Intel8251及其VHDL實現(xiàn)，驗證研究結果的正確性；第五章：關于本次設計的結論和展望。1．3課題研究的意義

用VHDL語言來實現(xiàn)8251的UART功能,可以將UART功能集成到FPGA中提高系統(tǒng)的集成度。同時VHDL是一種標準的硬件描述語言,幾乎所有的軟件仿真編譯工具都能支持，因此方

便進行仿真修改和移植具有很高的工程實用價值。

同時通過本研究可以加快電子設計者以及開發(fā)人員更好地學習和把握FPAG技術，充分體會FGPA所帶來的設計理念和應用前景。

2數(shù)據(jù)通信原理

2.1數(shù)據(jù)通信概述

隨著人類社會的不斷進步、經(jīng)濟的迅猛發(fā)展以及計算機的廣泛應用，人們對信息的需求越來越大，數(shù)據(jù)通信得到長足發(fā)展。

通信的目的是雙方信息的互知，是信息的遠距離傳送。隨著社會的進步。傳統(tǒng)的電話、電報通信方式已遠遠不能滿足大信息量的需要。以數(shù)據(jù)作為信息載體的通信手段已成為人們的迫切要求。但“數(shù)據(jù)〞還沒有統(tǒng)一嚴格的定義，一般可以這樣認為:數(shù)據(jù)是預先約定的具有某種含義的數(shù)字、字母或符號的組合。計算機出現(xiàn)以后，為了實現(xiàn)遠距離的資源共享，很快計算機就與通信技術相結合，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)通信。所以說數(shù)據(jù)通信是為了實現(xiàn)計算機與計算機或終端與計算機之間信息交互而產(chǎn)生的一種通信技術，是計算機與通信相結合的產(chǎn)物。

綜上所述，可對數(shù)據(jù)通信作如下定義:依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。它可實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與終端或終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。

2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

數(shù)據(jù)傳輸方式指的是通過某種方式建立一個數(shù)據(jù)傳輸通道將數(shù)據(jù)信號在其中傳輸，它是數(shù)據(jù)通信的基礎。數(shù)據(jù)的傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸，在串行傳輸中又分為異步傳輸和同步傳輸。依照電路的傳輸能力，可以分為單工、半雙工、全雙工傳輸。2.2.1并行傳輸與串行傳輸

并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時進行傳輸。常用的是將構成一個字符的幾位二進制碼同時分別在幾個并行的信道上傳輸。另外加一條控制信號即“選通〞脈沖，它在數(shù)據(jù)信號發(fā)出之后傳送，用以通知接收設備所有的位己經(jīng)發(fā)送完畢，可以對各條信道上的信號進行采樣了。收、發(fā)雙方不存在字符同步的問題，不需要額外的措施來實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步，這是并行傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點。但是并行傳輸必需有多條并行信道，成本比較高，不適合