异步通信接口的设计

摘要如今电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，电子产品几乎渗透到社会的各个领域，有力地推动了社会生产的发展，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代节奏加快。

EDA技术在进入21世纪后，得到了很大的发展，其基本特征是采用高级语言描述，具有系统仿真和综合能力。

其VHDL语言设计的源文件，可以采用类似于C语言书写形式，并使用结构设计方法。

本文从现代信息社会的现状、需要及未来的发展趋势出发，对EDA这一目前流行的电子设计技术进行了深入的研究，结合科研和教学实例，研究它的应用。

描述了VHDL 语言及其基本特点, 讨论了VHDL 语言在EDA 中的诸多优点,对Quartus II开发软件做了基本介绍。

简述了Cyclone系列可编程逻辑器件的结构和功能。

本设计采用VHDL语言完成了异步通信接口的设计。

VHDL是一种硬件电路语言，可以利用VHDL语言来设计数字芯片，来完成各项功能。

在通信中，常常要进行数据的传输，数据的串并变换等等，用VHDL语言实现很方便。

异步通信接口是用来接收和发送数据帧的，可分为接受部分（用于接受数据）和发送部分（用于发送数据）。

关键词：VHDL；Quartus II；异步通信；接收机；发送机AbstractNowadays,the electronic technology has obtained the rapid development,under its impetus,Electronic products are nearly seeped society's each domain.The electronic technology powerfully impels the development of social product,simultaneously also makes the modern electronic products performance further to enhance, the product renewal rhythm is also quickly.The EDA technology into the 21st century,obtained the very big development, its basic characteristic uses the higher order langu age description, has the system’s simulation and the synthesizing capacity. The VHDL language designs the source document to be possible to use is similar with the C language written form, and uses the structural design method.In this paper, from the modern information society status, needs and future development trend of starting on the EDA. The popular electronic design technology has been conducted in-depth research, combination of research and teaching case studies its application. Describes the language and its basic characteristics of the VHDL language, discussed the many advantages of it in the EDA, Development of the Quartus II software to do a basic introduction.The Cyclone series of programmable logic devices is described the structure .This design uses the VHDL language completed the asynchronous communication interface design。

The VHDL is a kind of hardware electric circuit language, can make use of the language of VHDL to design the numerical chip, To complete all functions. In communications, usually need to carry on the data to deliver, the string of the data combines the transformation，and so on。

With VHDL language implementation is very convenient。

Asynchronous communication interface is used for sending and receiving data frames。

Can be divided into accept part（Used to accept data）and the sending part（Used to send data）。

Keywords: VHDL; Quartus II; different step correspondence；receiver；send out the machine目录1 绪论 (1)1.1 EDA技术的概念 (1)1.2 EDA技术的发展史 (1)1.3 EDA设计流程 (1)1.4 EDA技术的主要内容 (3)1.5 EDA技术的发展趋势 (6)1.6 EDA技术的应用 (7)1.6.1 EDA技术的应用形式 (7)1.6.2 EDA技术的应用场合 (7)2 VHDL硬件描述语言 (9)2.1 VHDL语言概述 (9)2.1.1 VHDL语言简介 (9)2.1.2 VHDL语言的特点 (9)2.1.3 VHDL语言的优点 (11)2.1.4 VHDL程序设计约定 (11)2.2 VHDL程序基本结构 (11)2.2.1 实体 (12)2.2.2 结构体 (13)2.2.3 库 (15)2.2.4 程序包 (15)2.2.5 配置 (16)3 QuartusⅡ开发系统简介 (17)3.1 QuartusⅡ软件介绍 (17)3.2 QuartusⅡ软件的特点 (17)3.3 QuartusⅡ软件可编程设计流程 (19)4 可编程逻辑器件 (22)4.1 可编程逻辑器件的发展简介 (22)4.2 可编程逻辑器件的分类 (23)4.3 现场可编程门阵列（FPGA）简介 (23)4.3.1 Cyclone器件 (25)4.3.2 Cyclone的特性和电路设计 (27)4.3.3 Cyclone的配置 (28)4.3.4 硬件电路板构成和管脚接口表 (30)4.4 复杂可编程逻辑器件CPLD简介 (30)5 VHDL语言实现异步通信接口的设计 (31)5.1 异步通信接口的设计要求 (31)5.2 异步通信接口的设计原理 (31)5.2.1 异步信息传送格式 (31)5.2.2 异步通信接口的接收机部分 (32)5.2.3 异步通信接口的发送机部分 (36)5.3 异步通信接口的设计内容 (36)5.3.1 异步通信接口的接收部分设计 (36)5.3.2 异步通信接口的发送部分设计 (43)5.3.3 异步通信接口的总体设计 (45)结论 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录A (53)附录B (62)1 绪论1.1 EDA技术的概念EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

1.2 EDA技术的发展史EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了计算机辅助设计(CAD：Computer Assist Design)、计算机辅助工程设计(CAE：Computer Assist Engineering Design)和电子设计自动化(EDA：Electronic Design Automation)三个发展阶段。

1. 20世纪70年代为计算机辅助设计CAD阶段。

2. 20世纪80年代为计算机辅助工程设计CAE阶段。

3. 20世纪90年代为电子系统设计自动化EDA阶段。

未来的EDA技术将向广度和深度两个方向发展，EDA技术将会超越电子设计的范畴进入其他领域，随着基于EDA的片上系统(SOC：System On Chip)设计技术的发展，软硬功能库的建立以及基于超高速硬件描述语言(VHDL：Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)自顶向下设计理念的确立，未来的电子系统的设计与规划将不再是电子工程师们的专利。

有专家认为，21世纪将是EDA技术快速发展的时期，并且EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。

1.3 EDA设计流程利用EDA技术进行电路设计的大部分工作是在EDA软件工作平台上进行的，EDA设计流程如图1.1所示。

EDA 设计流程包括设计准备、设计输入、设计处理、器件编程和设计完成5个步骤，以及相应的功能仿真、时序仿真和器件测试3个设计验证过程。

1.设计准备设计准备是指设计者在进行设计之前，依据任务要求，对确定系统所要完成的功能及复杂程度、器件资源的利用和所需成本等做的准备工作，如进行方案论证、系统设计和器件设计输入等。

2.设计输入设计输入是将设计的系统或电路按照EDA 开发软件要求的某种形式表示出来，并送入计算机的过程。

设计输入方式有多种，包括图形输入方式，波形输入方式，采用硬件描述语言的文本输入方式，或者采用文本和图形两者混合的设计输入方式。