摘要：根據(jù)PC機(jī)作上位機(jī)和下位機(jī)的CPLD串行通信的特點(diǎn)，簡(jiǎn)介上位機(jī)VB程序的編寫(xiě)；詳述在EDA軟件MAXPLUSII的環(huán)境下，利用AHDL語(yǔ)言，編寫(xiě)下位機(jī)程序。此設(shè)計(jì)具有波特率高、傳輸準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，并下載到芯片通過(guò)硬件試驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：串行通信
可編程邏輯器件 VB語(yǔ)言
引言
用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）設(shè)計(jì)乃至仿真、驗(yàn)證、利用ISP（在系統(tǒng)可編程）對(duì)硬件調(diào)試都非常方便，所以開(kāi)發(fā)周期很短，且I/O口隨意設(shè)定，故用CPLD設(shè)計(jì)專(zhuān)用芯片是大勢(shì)所趨。VB是一種面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言，應(yīng)用這的通信控件編寫(xiě)上位機(jī)的通信程序十分方便，過(guò)程簡(jiǎn)單。本文針對(duì)CPLD和PC通信的特點(diǎn)，各編寫(xiě)了上位機(jī)和下位機(jī)的程序，進(jìn)行相對(duì)高速的串行通信。
1 上位機(jī)和下位機(jī)通信特點(diǎn)簡(jiǎn)介
根據(jù)串行通信的協(xié)議，發(fā)送串行數(shù)據(jù)一般是：1個(gè)起始位、n個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)或多個(gè)停止位。這樣，發(fā)送起始位以后表明傳輸開(kāi)始。傳送與接收的雙方設(shè)定好同樣的傳輸位數(shù)，直到n個(gè)數(shù)據(jù)位送完以后，送停止位。上位機(jī)和下位機(jī)的電平標(biāo)準(zhǔn)不同，它們通過(guò)RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，在兩者之間接入RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片即可。上位機(jī)和下位機(jī)的傳輸是異步傳輸，這樣就需要有一個(gè)參考脈沖代表傳輸速度即波特率。通信雙方取得一樣的通信速度bps，指的是每一秒鐘所傳送的位數(shù)?，F(xiàn)在儀器和工業(yè)場(chǎng)合，一般9
600 bps是最常見(jiàn)的速度，而現(xiàn)在個(gè)人計(jì)算機(jī)PC所提供的串行速度可
115 200bps（甚至921 600 bps）。因?yàn)槌Ｓ玫膯纹瑱C(jī)MCU的軟件是過(guò)程語(yǔ)言，以其作為下位機(jī)，無(wú)法提供這么高的波特率，即使是較低的波特率也可能產(chǎn)生誤差。所以在傳輸距離較近而設(shè)備也可提供時(shí)，使用最高的傳輸速度也可以。CPLD的軟件是非過(guò)程語(yǔ)言，也就是說(shuō)其邏輯段定義的所有動(dòng)作是同時(shí)進(jìn)行的而不是串行的，所以完全可以提供這樣的高速下位機(jī)UART（Universal
Asynchronous Receiver Transmitter）。

2 上位機(jī)VB程序
上位機(jī)軟件利用VB6編寫(xiě)。微軟的VISUAL
BASIC語(yǔ)言有極其友好的界面，深受廣大編程人員的好評(píng)。其可視化特點(diǎn)得到了很好的發(fā)揮，其中的MSCOMM控件非常方便編寫(xiě)軟件，將最低層的部分隱蔽，只要了解自己需要的參數(shù)即可順序編寫(xiě)上位機(jī)軟件?，F(xiàn)在簡(jiǎn)介該控件的各項(xiàng)參數(shù)：
CommPort——指定串行口；
PortOpen——串口是否打開(kāi)；
InPut——輸入寄存器；
Output——輸出寄存器；
InBufferSize——輸入緩沖區(qū)大小；
OutBufferSize——輸出緩沖區(qū)大小；
InputLen——一次由串行端口讀入字符串長(zhǎng)度或字節(jié)個(gè)數(shù)；
Settings——設(shè)備波特率、傳輸數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位；
InputMode——輸入的是數(shù)據(jù)類(lèi)型（文字形式或是二進(jìn)制形式）。
上位機(jī)程序要和下位機(jī)配合起來(lái)。主要須考慮的問(wèn)題是波特率、輸入輸出數(shù)據(jù)類(lèi)型。對(duì)于從下位機(jī)到上位機(jī)輸出數(shù)據(jù)的情況，可作以下處理（反之類(lèi)似）：
Settings 115200，n,8,1（波特率115 200bps，校驗(yàn)位默認(rèn)，8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位）
對(duì)于上位機(jī)，將輸入的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制數(shù)形式獲取要通過(guò)以下的轉(zhuǎn)換：
Dim data() As Byte
Private Sub Timer1_Timer()
data()=MSComm1.Input
For i=LBound(data)To UBound(data)
Text2.Text=data(i)
Next
End Sub
在串口打開(kāi)的情況下，利用定時(shí)器定時(shí)從下位機(jī)獲取數(shù)據(jù)，顯示在窗口中。通過(guò)設(shè)置VB定時(shí)器控件的interval參數(shù)來(lái)控制讀取時(shí)間?？梢?jiàn)，上位機(jī)利用VB編寫(xiě)程序，十分方便，這是一種成熟的模塊化語(yǔ)言，只要把參數(shù)給定，很快可以實(shí)現(xiàn)編程。
3 下位機(jī)通信程序編寫(xiě)
MAXPLUSII里有許多常用的宏單元，如計(jì)數(shù)器、四則運(yùn)算、各類(lèi)邏輯門(mén)乃至ROM、RAM等；而在這些宏單元里具體的參數(shù)都可以由用戶(hù)來(lái)自行設(shè)定，這就是上面提到的IP核形式。由于CPLD數(shù)字設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，不同層次的IP（intellectual
Property）核將出現(xiàn)。各個(gè)IP核可重復(fù)利用，大大提高了設(shè)計(jì)能力和效率，避免了重復(fù)勞動(dòng)。以下設(shè)計(jì)的是下位機(jī)的IP核，它是一個(gè)波特率、起始位、停止位均可設(shè)定的宏單元。
MAXPLUSII的AHDL（Altera Hard ware
Description Language）是Altera公司開(kāi)發(fā)的完全集成于MAXPLUSII中的一種模塊化高級(jí)語(yǔ)言，特別適合于描述復(fù)雜的組合邏輯、組運(yùn)算、狀態(tài)機(jī)和真值表。本文利用AHDL，直接生成IP核。
設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是生成如圖1所示的Symbol。其參數(shù)可以由用戶(hù)設(shè)定（如圖1的右上角），選擇先送（收）串行數(shù)據(jù)最高位或最低位、數(shù)據(jù)寬度、停止位等。


設(shè)計(jì)思想是利用狀態(tài)機(jī)的3種狀態(tài)send(receive)、wait、idle，系統(tǒng)時(shí)鐘為輸入的CLK，在這3種狀態(tài)間變換。而B(niǎo)AUD為CLK分頻后的波特率時(shí)間。發(fā)送時(shí)，當(dāng)BAUD上升沿時(shí)，輸出1位串行數(shù)據(jù)。輸出全部結(jié)束時(shí)，BUSY端出現(xiàn)低電平信號(hào)，這時(shí)利用LOAD信號(hào)可以從D端讀取并入的數(shù)據(jù)。由于使用的是AHDL，這種狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常方便，程序簡(jiǎn)潔明了。圖2所示為狀態(tài)機(jī)圖。
程序清單如下：
CASE Ss IS --狀態(tài)機(jī)
WHEN idle =>
IF Load THEN
Ss=wait;
ELSE
Ss=idle;
END IF;
WHEN wait =>
IF Baud THEN
Ss=send;
ELSE
Ss=wait;
END IF;
WHEN send =>
IF count[]!=0 THEN
Ss=wait;
ELSE
Ss=idle;
END IF;
WHEN OTHERS =>
Ss=idle;
END CASE;
TxD=InShift[WIDTH+1]; --TXD串出
IF Ss!=idle THEN --控制BUSY
Busy=VCC;
END IF;
CASE Ss IS
WHEN idle =>
count[]=WIDTH+STOP_BITS; --等傳送的位數(shù)
WHEN send =>
count[ ]=count[ ]-1;
WHEN OTHERS =>
Count[]=count[]；
END CASE；
CASE Ss IS --控制輸入寄存器
WHEN idle =>
IF MSB_FIRST= =“YES”GENERATE
DTMP[]=D[];
ELSE GENERATE
FOR each_bit IN 0 TO WIDTH-1 GENERATE
DTMP[WINDTH-1-each_bit]=D[each_bit];
END GENERATE;
END GENERATE;
InShift[]=(1,0,DTMP[]);
WHEN send =>
InSift[WIDTH+1..1]=InShift[WIDTH..0];
InShift[0]=VCC;
WHEN OTHERS=>
InShift[]=InShift[];
END CASE;
圖3為仿真波形，系統(tǒng)時(shí)鐘CLK為6MHz，50分頻后得到周期為868ns的時(shí)鐘BAUD，即波特率為115
200 bps。設(shè)定為從高位到低位依次傳送：起始位1位，低電平；8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，為高電平。圖3中顯示分別傳送十進(jìn)制數(shù)20、21、22、23（即二進(jìn)制數(shù)00010100
00010101 00010110 00010111）的情況，LOAD信號(hào)一直有效。可見(jiàn)，傳送1個(gè)數(shù)據(jù)總共有10位，1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位。按照波特率115
200 bps，傳送1個(gè)數(shù)據(jù)需要的時(shí)間為86.8μs。這個(gè)數(shù)度充分體現(xiàn)了CPLD的優(yōu)勢(shì)，比單片機(jī)MCU串行傳輸要快上10倍以上。如果上位機(jī)UART允許，這個(gè)速度還可以增大到接近MCU串行傳輸?shù)?00倍，即波特率為921
600 bps。
設(shè)計(jì)完成通過(guò)仿真以后，通過(guò)編程電磁將生成的pof文件用ISP（在線編程）方式下載到CPLD板EPM7128LC84-6，外接RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片HIN232CP。經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換，CPLD和PC機(jī)接口通信，上位機(jī)用VB編寫(xiě)程序。試驗(yàn)證明，在高速情況下，通信正常。


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