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基于 EPM7128 設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器
摘要：介紹了基于CPLD芯片EPM7128設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器。其中，控制串行口數(shù)據(jù)合并時(shí)間的計(jì)數(shù)器電路和并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)的移位電路都是在CPLD中完成的，數(shù)據(jù)塊合并由相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)，最終形成CPM流輸出。關(guān)鍵詞：CPLD 數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器 串行口 PCM流
數(shù)據(jù)交換機(jī)的傳送速率很高，當(dāng)其和串行口通信時(shí)，在發(fā)送前把數(shù)據(jù)分為兩部分分別發(fā)送到串行口，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器把各個(gè)串行口的數(shù)據(jù)合并在一起并轉(zhuǎn)換成PCM流。本文介紹了基于CPLD芯片EPM7128設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器。
1 數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器硬件電路
EPM7128是可編程的大規(guī)模邏輯器件，為ALTERA公司的MAX7000系列產(chǎn)品，具有高阻抗、電可擦等特點(diǎn)，可用門(mén)單元為2500個(gè)，管腳間最大延遲為5ns，工作電壓為+5V。
IDT7205為FIFO型異步讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器芯片，容量為8192×9比特，存取時(shí)間為12ns，有空、半滿(mǎn)、滿(mǎn)三個(gè)標(biāo)志位，最大功耗為660mW，工作電壓為+5V。
MSM4860DX屬于PC104嵌入式系統(tǒng)的5X86系旬，為AMD-133MHz CPU，具有COM1、COM2兩個(gè)串口，一個(gè)LPT并口，一個(gè)ELOPPY接口，一個(gè)IDE接口，一個(gè)VGA/LCD接口，一個(gè)AT-KEYBOARD接口，16個(gè)中斷，額定功率為8W，工作電壓為+5V。
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1.2 數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器電路框圖
可編程的數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器電路框圖如圖1所示。圖中，DB為數(shù)據(jù)總線(xiàn)，AB為地址總線(xiàn)，R和W分別為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，INT5、INT7、INT10 INT11為四個(gè)中斷，CS1、CS2和CS3是在CPLD內(nèi)部生成的地址譯碼器Addr-encoder分別送給分頻器、兩個(gè)串行口的片選信號(hào)，ORG是晶振送給分頻器的振蕩脈沖，CLK是分頻器輸出的脈沖FRAMECLK和PCMCLK，WFIFO、RFIFO是由CPLD生成的包含地址信息的訪(fǎng)問(wèn)FIFO的讀寫(xiě)脈沖，DATA_IN1和DATA_IN2為串行口輸入數(shù)據(jù)，PCM_DATA是數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器輸出的PCM流，PCMCLKA為輸出的碼同步時(shí)鐘，WORLDCLKA為輸出的字同步時(shí)鐘。
1.3 電路工作分析
晶振把時(shí)鐘脈沖送給分頻器，分頻器含有兩個(gè)可編程的定時(shí)器。分頻器把可控的FRAMECLK和PCMCLK送給CPLD，在CPLD內(nèi)部經(jīng)過(guò)邏輯組合形成三路脈沖信號(hào)，一路控制計(jì)數(shù)器形成INT5、INT7兩個(gè)幀頻中斷觸發(fā)脈沖，CPU接到中斷后立即寫(xiě)FIFO；另一路控制移位寄存器把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)PCM流；第三路形成RFIFO去連續(xù)讀FIFO。兩個(gè)串行口通過(guò)中斷方式（INT10、INT11）接收到外部數(shù)據(jù)后，暫存緩沖區(qū)內(nèi)，按一定格式由中斷INT5控制寫(xiě)給FIFO。
2 CPLD內(nèi)部邏輯電路
CPLD內(nèi)部邏輯電路如圖2所示。圖中，虛線(xiàn)框內(nèi)為CPLD內(nèi)部電路，虛線(xiàn)框外為CPLD的I/O口。
2.1 地址譯碼器
地址譯碼器Addr-encoder用VHDL語(yǔ)言生成。Addr-encoder的輸出有總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器芯片74245的使能脈沖ENB，總線(xiàn)傳輸方向的使能脈沖DIR，寫(xiě)FIFO操作脈沖WFIFO，分頻器和串行口的片選CS1、CS2和CS3，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)空滿(mǎn)標(biāo)志脈沖RFIFOFLAG，F(xiàn)IFO復(fù)位時(shí)鐘脈沖WCTRL。
2.2 數(shù)據(jù)移位部分
FRAMECLK周期是PCMCLK的8位，它們都是分頻送來(lái)的脈沖。FRAMECLK反相后作為FIFO的讀信號(hào)，兩次反相后作為字同步時(shí)鐘。PCMCLK直接作為移位寄存器74165的時(shí)鐘觸發(fā)脈沖，兩者與非后的輸出低電平作為74165重?cái)?shù)據(jù)的觸發(fā)電平。它們的信號(hào)時(shí)序如圖3所示。
從三者的時(shí)序圖可知，每當(dāng)一個(gè)字節(jié)的最后一位完成移位后，在FRAMECLK脈沖反相的下降沿觸發(fā)下讀取FIFO數(shù)據(jù)，這時(shí)74165的裝載使能74165STD恰好為低電平（與非結(jié)果），完成部數(shù)據(jù)裝載，然后在PCMCLK脈沖的上升沿作用下開(kāi)始新一軟次的數(shù)據(jù)移位。
2.3 幀長(zhǎng)計(jì)數(shù)器的部分
兩個(gè)74161設(shè)計(jì)長(zhǎng)1/64的分頻器，也叫幀長(zhǎng)計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘為FRAMECLK，計(jì)數(shù)器的輸出最高兩位邏輯與為中斷INT7，把與門(mén)輸出與次高位邏輯異或?yàn)橹袛郔NT5。這樣，INT7比INT5在時(shí)序上早半個(gè)周期
。開(kāi)始復(fù)位后，INT7脈沖首先產(chǎn)生，觸發(fā)中斷，COU中斷后在服務(wù)程序中把64個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫(xiě)到FIFO，然后屏蔽中斷INT7，半個(gè)周期后，F(xiàn)IFO中還剩32個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（因此FIFO的讀脈沖和FRAMECLK反相同頻）。然后中斷INT5到來(lái)，CPU響應(yīng)后，再寫(xiě)64個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)給FIFO，使FIFO中一直保持有數(shù)據(jù)的狀態(tài)（可避免讀FIFO正好落在兩個(gè)寫(xiě)FIFO之間，F(xiàn)IFO因無(wú)數(shù)據(jù)而讀死）。這樣，每當(dāng)中斷INT5到來(lái)，都寫(xiě)64字節(jié)給FIFO，周而復(fù)始，所以把64字節(jié)定為幀長(zhǎng)。
設(shè)PCMCLK的頻率為f(MHz)，則FRAMECLK的頻率為f/8，由于幀長(zhǎng)為64，所以有：幀頻=f/(8×64),PCM流速率=f(bit/s)。分頻器的分頻比是通過(guò)軟件設(shè)定的，所以PCM流的速率可編程。
3 軟件設(shè)計(jì)
outp(0x303,0x36);//方式3，方波。//
outp(0x300,0x50);//timer0，分頻比為80。//
outp(0x300,0x00);
outp(0x303,0x74);//方式2，脈沖。//
outp(0x301,0x08);//timer1,分頻比為8。//
outp(0x301,0x00);
數(shù)據(jù)合并：
if((com1_count%24)= =0) ;//串行口1的24字節(jié)數(shù)據(jù)放在數(shù)組Frame的4～27的位置。//
{
com_buf1[com1_count++]=db1; //串行口1接收數(shù)據(jù)//
int Original_Counter；
Original_Counter=com1_count/24；
memcpy(Frame[Original_Counter-1]+4,&com_buf1[com1_count-24],24);
}
if((com2_count%24)= =0); //串行口2的24字節(jié)數(shù)據(jù)放在數(shù)組Frame的28～51的位置。//
{
com_buf2[com2_count++]=db2 ;//串行口2接收數(shù)據(jù)//
int Original_Counter;
Original_Counter=com2_count/24;
Memcpy(Frame[Original_Counter-1]+28,&com_buf2[com2_count-24],24) ;//合并后的數(shù)據(jù)放在Frame數(shù)組中。//
寫(xiě)FIFO：
void Send_To_Fifo(int number); //Send_To_Fifo函數(shù)為中斷服務(wù)程序的一部分。//
{
for(int i=0;i<64;i++)
outp(WFIFO,Frame[number][i]); //數(shù)組送給FIFO，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)合并//
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