VHDL实现单片机输出的串并转换正文.doc

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1、第1章绪论1.1概述自从但单片机诞生以来，就在工业自动控制等诸多领域里发挥着巨大的作用，在传统的应用领域里，一般是用单片机配合市场上所能买到的逻辑器件完成系统的硬件设计，尽管单片机功能强大，能将许多功能的实现放在软件里，从而在较大程度上简化了系统硬件电路的设计，但是这种选择通用元件来构成硬件电路的方法并未改变。CPLD器件和EDA技术的出现改变了传统的设计思路，使人们可以通过设计芯片来实现不同的逻辑功能。新的设计方法能够由设计者自己定义器件的内部逻辑和管脚，将原来由电路板设计完成的大部分工作放在芯片的设计中进行。这样不仅可以通过芯片设计实现多种

2、逻辑功能，而且由于管脚定义的灵活性，减轻了原理图和印制板设计的工作量。这一思想给电路设计带来了一次革命。本课题就是用VHDL语言对逻辑可编程器件进行编程，实现将单片机串口输出的串行数据到8位并行数据的转换。这是一个比较新型的扩展单片机串口的方法，该在工业控制等领域都具有非常广泛的应用。1.2论文主要研究内容及方案论证现实中就有很多可以直接用来做串并转换的器件，但这些都是完成固定格式数据的转换的，这种固定格式的器件在应用时有很大局限性，CPLD的引入就很好的克服了这个不足。在传统的应用时，我们经常应用移位寄存器来扩展I/O口,在传统的应用时，一般

3、是用单片机配合市场上所能买到的逻辑器件完成系统的硬件设计，尽管单片机功能强大，能将许多功能的实现放在软件里，从而在较大程度上简化了系统硬件电路的设计，但是这种选择通用元件来构成硬件电路的方法并未改变。CPLD器件和EDA技术的出现改变了传统的设计思路，使人们可以通过设计芯片来实现不同的逻辑功能。新的设计方法能够由设计者自己定义器件的内部逻辑和管脚，将原来由电路板设计完成的大部分工作放在芯片的设计中进行。这样不仅可以通过芯片设计实现多种逻辑功能，而且由于管脚定义的灵活性，减轻了原理图和印制板设计的工作量。这一思想给电路设计带来了一次革命。在单片机

4、的使用过程中经常需要用到对I/O的扩展，单片机与外部世界的信息交换是通过I／0接口电路来实现的，在传统的应用时，我们经常应用移位寄存器来扩展I/O口,但是这样有很多不方便，如果应用逻辑可编程器件来实现就会避免这些问题。1.2.1方案选择单片机有两种数据传输方式，一：异步输入输出方式；二：同步输入输出方式。因此本设计有两种思路。两种方式都是可行的，而异步方式的实现可以通过降低数据的传送速率或者需要一个时钟来保持数据的同步。但这两种方法都有很大的不足，降低速率会很大的影响器件的使用领域且会增加单片机程序的复杂程度，而同步时钟的采用极大的增加器件的成

5、本且会使器件变的更加复杂。固采用同步的传输方式，这种方式下器件不需要外界提供时钟且数据的传送速度最佳。1.2.1系统描述本设计分为两个部分：硬件电路部分、系统软件部分。硬件部分主要由CPLD，单片机组成。当系统运行正确时，由单片机直接控制的数码管和经由CPLD转换后控制的数码管输出相同的数字。第二章系统硬件设计2.1系统硬件子总体设计2.1.1系统总体设计本设计分为两个部分：（1）单片机部分，用来发出固定格式的串行数据提供给EPM7128SLC84-15，同时将此数据送数码管显示；（2）EPM7128SLC84-15部分，该部分用VHDL对EP

6、M7128SLC84-15编程实现对单片机输出的串行数据转换位并行数据输出提供给另一个数码管显示输出。2.1.2系统框图图2.1系统总框图2.1.3系统总原理图图2.2系统总原理图2.2模块电路介绍2.2.1晶振电路在内部振荡电路中，为石英晶体时：C1,C2的取值范围为20pF—40pF;为陶瓷滤波器：C1,C2的取值范围为30pF—50pF。利用芯片内部的振荡器，在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体以及两个电容，就构成了稳定的自激振荡器，它发出的脉冲直接送入内部时钟电路。因为XTAL1和XTAL2之间外接的是石英晶体，所以两个电容C1和C

7、2的值均选择为30pF。C1和C2对振荡频率有微调作用，石英晶体的频率范围可以在1.2—24MHz之间选择。我选择了12MHz的石英晶体。图2.3内部振荡电路和外部时钟驱动电路2.2.2复位电路（1）复位复位是单片机的初始化操作；单片机在启动运行时，都需要先复位，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了脱离困境，也需要按下复位键来重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，他们的复位状态如表2.1所示（2）复位电

8、路复位操作有上电自动复位和手动复位两种。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲。这样，只要电