高速便攜式RS232/422信號模擬器設(shè)計

2. 3 FPGA核心控制電路模塊設(shè)計
FPGA核心控制電路監(jiān)控以上各電路模塊的工作狀態(tài)，隨時準(zhǔn)備接收來自它們的數(shù)據(jù)和命令，并進行相應(yīng)的控制。它包括了控制部分和串行數(shù)據(jù)生成部分，控制部分是在FPGA芯片內(nèi)部嵌入Alter公司提供的NIOSⅡ的處理器IP軟核，利用QuartusⅡ軟件內(nèi)部的SOPC工具生成FPGA內(nèi)部的控制電路。串行數(shù)據(jù)生成部分利用VHDL硬件編程語言編制了波特率發(fā)生器和并串轉(zhuǎn)換模塊生成RS232／422串行信號數(shù)據(jù)。所有的控制電路都是通過軟件定制在一片F(xiàn)PGA芯片內(nèi)，外圍電路比較簡單，除了正常的程序加載電路和程序存儲芯片，僅需要一片時鐘芯片即可。FPGA核心控制電路原理圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 波特率和串行數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊設(shè)計
串行數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊負(fù)責(zé)生成符合格式設(shè)置要求的串行數(shù)據(jù)，如起始位，數(shù)據(jù)位，效驗位，停止位等。它主要是把控制器發(fā)送的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并根據(jù)控制器發(fā)送的效驗位，停止位等設(shè)置命令來設(shè)置數(shù)據(jù)的格式，以來自波特率產(chǎn)生模塊的16倍的波特率作為全局時鐘，生成要模擬的RS232／422信號數(shù)據(jù)。
波特率產(chǎn)生模塊根據(jù)控制器發(fā)送的命令數(shù)據(jù)來產(chǎn)生符合要求的波特率。在本系統(tǒng)中，要求產(chǎn)生24種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)的波特率，其中標(biāo)準(zhǔn)的波特率16種，非標(biāo)準(zhǔn)波特率8種，最高的波特率達到1 Mb／s，這樣利用常規(guī)的分頻器不能滿足要求。
依據(jù)DDS(直接數(shù)字頻率合成)的原理，結(jié)合積分分頻電路，設(shè)計了頻率字累加器，通過從NIOSⅡ控制器輸入的頻率字來控制累加器的累加步長，將累加器輸出的最高位作為輸出的時鐘信號的方法實現(xiàn)所需要的波特率時鐘，此時輸出的時鐘即可作為串行數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊的全局時鐘，也就是16倍的波特率。同時為了提高時鐘的精確度，降低誤碼率，在系統(tǒng)時鐘(這里采用的是22 11 8 4 MHz)進入分頻器以前，利用PLL倍頻電路提高時鐘的頻率。
波特率和串行數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊在FPGA內(nèi)部的原理實現(xiàn)框圖如5圖所示。它的實現(xiàn)是采用VHDL硬件描述語言實現(xiàn)的，框圖中每個小的模塊代表VHDL語言編制的模塊程序。