三線制同步串行通信控制器接口設(shè)計(jì)

0 引 言
航天工程領(lǐng)域中，星地通訊等遠(yuǎn)距離遙測(cè)遙控是嵌入式衛(wèi)星數(shù)管計(jì)算機(jī)重要功能之一，利用三線制同步串行遙測(cè)遙控通道對(duì)指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)操作是通信鏈路的重要環(huán)節(jié)。
目前許多處理器芯片都已集成了同步串行接口，但基于三線制同步串行接口的處理器并不多。利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法所實(shí)現(xiàn)的三線制同步通信硬件電路接口雖然能滿足一般工程設(shè)計(jì)要求，但在“低成本、小體積、低功耗和靈活性”設(shè)計(jì)理念的推動(dòng)下，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)顯然弊大于利。采用可編程邏輯器件CPLD／FPGA技術(shù)，對(duì)三線制同步串行通信接口電路進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以大幅度減小系統(tǒng)體積，降低功耗，提高設(shè)計(jì)的靈活度。同時(shí)，還可以在其中增加其他邏輯功能模塊，并能很方便地應(yīng)用到相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)中。

1 三線制同步串行通信機(jī)理
三線制同步串行通信時(shí)，發(fā)送端和接收端必須使用共同的時(shí)鐘源才能保持它們之間的準(zhǔn)確同步。為達(dá)到準(zhǔn)確同步的目的，其中一個(gè)方法就是采用編碼和解碼的原理，即在發(fā)送端利用編碼器把要發(fā)送的數(shù)據(jù)和發(fā)送時(shí)鐘組合在一起，通過(guò)傳輸線發(fā)送到接收端，在接收端再用解碼器從數(shù)據(jù)流中分離出接收時(shí)鐘。常用的編碼解碼器有曼徹斯特編碼解碼及NRZ-L碼。本文中收發(fā)信號(hào)采用的碼型是NRZ-L碼。
三線制同步串行通信主要包括三個(gè)信號(hào)：采樣信號(hào)(也叫幀同步信號(hào))、時(shí)鐘信號(hào)和串行數(shù)據(jù)信號(hào)，其時(shí)序邏輯關(guān)系如圖1所示。

從圖1可看出，數(shù)據(jù)接收或發(fā)送時(shí)，首先幀同步信號(hào)先觸發(fā)一個(gè)瞬時(shí)啟動(dòng)脈沖，之后保持低電平有效，時(shí)鐘信號(hào)緊隨其后，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿保持穩(wěn)定，并開始采樣和傳輸，每個(gè)時(shí)鐘周期收發(fā)一位字符數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)成批連續(xù)發(fā)送和接收。