异步通信控制器_2010

第一．实验要求

1．这是用理论知识解决实际问题的重要环节，一定要严肃，认真，抓紧时间，尽可能多做一些实验。

2．每个同学要做两个题目，作出完整的结果。

3．根据题目要求，结合学过的有关知识，设计实现方案，思考应该达到的效果。4．认真搞懂工作原理，写好设计方案和验证方法。

5．当有多种方案可选时，要仔细比较各种方案的优缺点，选择一种你认为最好的方案来实现。

6．当实验结果出来时，要认真检查设计可能隐含的问题和毛病，并加以改进解决。有限的性能仿真，不可能仿真出实际上千差万别的情况，要从理论上考虑可能存在问题的地方，并加以预防。

7．本实验只进行‘功能仿真’，至于性能仿真（定时仿真）则不予考虑。但可以选定一种器件进行适配和管脚定义。

8．认真作好实验记录，记录出现的问题和解决方法，并仔细分析其中的原因。任何现象的解释，都要有理有据。

9．实验结束，要认真书写实验报告。除了原始输入文件外，任何原理和性能的解释都应由仿真波形来支持。

10．实验体会只写自己体会最深，收获最大的部分。不要照抄别人和指导书中的内容。11．要有实事求是的科学态度，不能伪造实验结果。

12．实验过程中，可以和同学讨论，但最终结果必须是自己独立完成的。

13．实验中，遵守机房纪律，不准做与实验无关的事情。

14．请同学抓紧时间，利用这有限的机会，争取尽可能大的收获。

第二．上机注意事项

1．上机前应作好实验准备，包括：

●了解实验的目的，实验内容及要求；

●准备好实验电路或逻辑输入原文件；

●认真思考如何验证设计及仿真波形；

●思考实验步骤，及每步应得到的结果。

2．实验中要细致、认真，并作好实验记录。

●实验中要独立思考，有问题可以讨论，但要独立完成实验任务；

●记录中间结果，及时作好原文件拷贝；

●实验结果要以仿真波形来说明。

3．实验报告要求

●实验目的；

●实验电路图（或输入原文件）；

●仿真结果（波形图应能体现你的结论或论点）；

●对思考题的理解或验证；

●实验收获和体会(只写体会最深的)。

注意：

●除了熟悉MAXPLUS2外，在上机实验时，应作好实验准备（实验内容，电路/或

原文件，及实验目的），否则，教师有权停止其上机实验。待作好准备时自己再上

机。

●凡互相抄袭的（抄袭别人的和被抄袭的），按0分记。

●遵守实验室纪律，在包机期间，不准玩游戏，不准做与本课程无关的事情。违规

一次，给予警告，两次，严重警告，三次，取消上机资格，本课程成绩为0分。

设计一：异步串行通信控制器

1. 目的

●掌握状态机的原理与设计方法；

●了解异步通信的原理和特点；

●掌握异步通信接口的设计方法。

2. 异步通信原理简介

我们主要以接收端为例来说明异步通信的工作原理，发送端可依此类推。异步通信的特点是数据在线路上的传输是不连续的，线路上数据是以一个字符为单位来传输的。异步传输时，各个字符可以是连续传输，也可以是间隔传输，这完全由发送方根据需要来决定。另外，在异步传输时，同步时钟信号并不传送到接收端，即收发双方各用自己的时钟来控制发送和接收。

由于字符的发送是随机进行的，因此，对于接收端来说就有一个判断何时有字符来，何时是新的一个字符开始的问题。因此，在异步通信时，对字符必须规定统一的格式。

1) 异步信息传输格式

一个字符通常由四部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。一个字符由起始位开始，停止位结束。奇偶校验位只占一位，为了简化分析我们暂且规定不用奇偶校验位。

起始位为0信号，占用一位，来通知接收端一个新的字符开始来到。线路上不传输字符时，应保持为1。接收端不断检测线路的状态，若连续为1以后又开始测到一个0，就知道是发来一个新字符，马上应准备接收。字符的起始位还被用来同步接收端的时钟，以保证以后的接收能正确进行。接收时钟信号RXC的频率是数据率的N倍,一般N=8,16,32,64等。由于异步通信双方各用自己的时钟源，若是时钟频率等于波特率，则频率稍有偏差便会产生接收误差，因此，采用较高频率的时钟，就能保证正确地捕获到信号。

起始位后面紧接着的是数据位，它可以是5位、6位、7位和8位。我们这里规定采用8位的数据位(包括奇偶校验位)。注意在发送时，总是低位先发送（最低位LSB，最高位MSB）。

停止位用来表征字符的结束，它一定是高电平1。停止位可以是1位或2位。接收端收到停止位时，就表示这一字符的结束。同时，也为接收下一个字符做好准备，即只要再收到0就是新字符的起始位。若停止位以后不是紧接着传输下一个字符，则让线路上保持位1。

异步信息传输格式示意图

2) 同步原理

比如，N=8。在‘起始位’前沿（下降沿），启动接收时钟从0计数，当计到4时（差不多在信息位的中间），输出‘采样时钟’SCLK。此后，每8个RXC，输出一个SCLK，以对接收数据RXD进行串-并变换，直到收到‘停止位’。

若在应该是停止位的地方收到逻辑‘0’，则表示出现‘帧错误’——FE（Frame Error）。应等待下一个高电平‘1’，把它作为停止位继续接收。这样就可以实现‘帧对准’（Frame Align）。

3) 系统构成

我们以接收8位串行数据为例，串——并变换至少需要9级移位寄存器，最后一级作为一帧数据完整接收的指示信号so来用。这里还需要一个8位寄存器缓存接收数据。其框图如下：

SCLK

接收端系统框图

其中，LDSR是接收移位寄存器置初始值的信号。在收到‘起始位’的前沿时，它把移位寄存器置成全’1’，这样，当‘起始位’移到so后，就知道整个的接收字符全部进入了移位寄存器。这样就可以省去‘接收位计数器’（否则，应该使用位计数，来指示‘接收完成’）。SCLK 是采样（移位）时钟,（它应处在RXD每位数据的中间位置）。LDRB是接收缓存的‘装入’命令，它把移位寄存器的接收数据装入到缓存，以便接收设备把它取走。RE是接收设备的‘取数据’命令，它是低电平有效。可以看出，这里需要一个设备来产生LDSR，SCLK，LDRB及其它一些标志信号FE等，这个设备称为‘接收控制器’，它的特点是：

●它按我们预定的原理工作，自动实现‘位同步’和‘帧对准’；

●依据不同的外部条件，进入不同状态，不同状态完成不同的动作。

接收控制器实际是状态机，关于状态机最准确的描述莫过于‘流程图’。接收控制器的流程图如下所示：（有错）