多串口單一中斷源的芯片設(shè)計(jì)

頂層模塊：完成下層各個(gè)模塊信號(hào)連接，根據(jù)不同的地址處理好數(shù)據(jù)和標(biāo)志傳送，收發(fā)器的選擇等問題。
吳霞，女，碩士，研究方向:單片機(jī)及信息處理. 張多英，男，碩士，副教授，研究方向 :信號(hào)和信息處理
中斷管理模塊：儲(chǔ)存并管理各個(gè)收發(fā)器模塊的標(biāo)志位，如果某收發(fā)器有中斷請(qǐng)求則定時(shí)向單片機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)。收發(fā)器模塊：完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，最多可以緩存 8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。地址寄存器模塊：在地址鎖存允許位下降沿時(shí)將地址保存起來。此模塊已放到頂層模塊里[2]。
2.2 芯片與單片機(jī)連接
芯片設(shè)計(jì)的目的是為拓展單片機(jī)串口，所以如何與單片機(jī)聯(lián)合工作顯得至關(guān)重要。圖 2a是連接的示意圖（右邊為所設(shè)計(jì)的芯片，只標(biāo)明了跟單片機(jī)相連的引腳及一個(gè)收發(fā)器模塊的輸入輸出引腳）。
 
 
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本設(shè)計(jì)芯片與單片機(jī)的硬件連接比較簡(jiǎn)單，其中，并行數(shù)據(jù)端口 d_inout跟單片機(jī) p0口相連，接收單片機(jī)發(fā)出的低 8位地址， ale與單片機(jī)地址鎖存允許信號(hào)引腳相連，odd_check為奇偶校驗(yàn)結(jié)果輸出引腳，連接由使用者決定。3 模塊設(shè)計(jì)
3.1 頂層模塊頂層模塊在各模塊設(shè)計(jì)之前作為統(tǒng)籌規(guī)劃整個(gè)程序，是設(shè)計(jì)過程中再繼續(xù)完善和修正的重要部分。在頂層模塊里根據(jù)不同的地址輸入，選擇標(biāo)志或者數(shù)據(jù)的傳送。為了更好地將兩次操作區(qū)分開來使編程更加容易，論文中還設(shè)計(jì)了一個(gè)標(biāo)志寄存器rd_check_counter，在不同的操作來時(shí)，它的值不同。
3.2中斷控制模塊
中斷控制模塊要完成置標(biāo)志位，定時(shí)輸出中斷信號(hào)和向單片機(jī)傳送標(biāo)志位信息等功能。模塊接收端有中斷請(qǐng)求到來，中斷控制模塊即將相應(yīng)收發(fā)器的標(biāo)志位置 1，在數(shù)據(jù)被讀取之后，又立刻將標(biāo)志位清 0 [3]。
3.3收發(fā)器模塊收發(fā)器模塊結(jié)構(gòu)圖如圖 2b。在接收方面，收發(fā)器模塊實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)串轉(zhuǎn)并，儲(chǔ)存到寄存器里等待單片機(jī)的讀取。在發(fā)送方面，收發(fā)器將單片機(jī)數(shù)據(jù)總線送過來的并行數(shù)據(jù)串行輸出[4]。
數(shù)據(jù)接收時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后便被放入 8字節(jié)的緩存里面，該緩存在每次數(shù)據(jù)存入后就啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，當(dāng)過一段時(shí)間還沒有新的數(shù)據(jù)存入時(shí)，收發(fā)器即可以向中斷控制模塊提出中斷請(qǐng)求并且等待單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)器接收到單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)起來，在串行數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備準(zhǔn)備好的情況（txrdy為 1）下再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換并發(fā)送，無論接收還是發(fā)送串行數(shù)據(jù)都是通過外部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)控制的[5]。
3.4地址寄存器模塊 .

地址鎖存模塊在 ale信號(hào)（單片機(jī)地址鎖存允許信號(hào)）到來時(shí)將地址低 8位鎖存起來，并送給中斷控制和上層模塊使用[6]。
3.5芯片端口
上述幾個(gè)模塊合成后的芯片外觀及其端口特征描述如下圖 3所示： 1、set_mode（0,1）：兩位信號(hào)輸入引腳，用于模式的選擇，模式 1和模式 2分別用 01和 10來選擇。2、ale：地址鎖存允許信號(hào)輸入引腳，與單片機(jī)的 ale相連，在 ale下降沿的時(shí)候?qū)⒌刂返?8位鎖存到地址鎖存模塊。3、clk：時(shí)鐘信號(hào)輸入引腳，時(shí)鐘的頻率定為串行數(shù)據(jù)傳輸頻率的 4倍，如串行通信的波特率是
9600bps，則 clk的頻率是 9600×4＝38400Hz。
4、cs：芯片總片選信號(hào)輸入引腳，低電平有效。
5、rd，wr：?jiǎn)纹瑱C(jī)向芯片讀寫的控制引腳，低電平有效。
6、rxd1，rxd2，rxd3，rxd4：串行輸入引腳。
7、INT0：中斷信號(hào)輸出引腳，下降沿有效。
8、odd_check1_o，odd_check2_o，odd_check3_o，odd_check4_o：送給單片機(jī)的奇偶校驗(yàn)標(biāo)志信號(hào)輸出引腳。
9、rdfull：數(shù)據(jù)緩沖器標(biāo)志信號(hào)輸出引腳，該信號(hào)用‘1’和‘0’表明是否有收發(fā)器的緩存了數(shù)據(jù)尚未被提取。
10、rdrdy1，rdrdy2，rdrdy3，rdrdy4：引腳分別用于表明各個(gè)收發(fā)器是否正忙，從該收發(fā)器開始接收數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)被單片機(jī)讀取整個(gè)過程，其相應(yīng)的rdrdy引腳輸出‘1’。
11、txd1，txd2，txd3，txd4：串行數(shù)據(jù)輸出引腳。
12、tdempty：該引腳輸出為‘1’時(shí)表明芯片已沒有正在發(fā)送或者是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
13、txrdy1,txrdy2,txrdy3,txrdy4：分別為收發(fā)器 1、2、3和 4可否進(jìn)行發(fā)送控制輸入端，輸入為‘1’表示可以進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。
14、d_inout(7:0)：雙向數(shù)據(jù)總線。應(yīng)與單片機(jī) p0口相連。
15、addr_h(7:0)：地址高 8位。
4程序的綜合及仿真
4.1 設(shè)計(jì)綜合及實(shí)現(xiàn)
本設(shè)計(jì)綜合使用的工具是 Xilinx公司的 XST，它是內(nèi)嵌在 ISE7.2i里面的。綜合過程將把軟件設(shè)計(jì)的 HDL描述與硬件結(jié)構(gòu)掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟 [7-9]。本設(shè)計(jì)綜合時(shí)選用的芯片是Spartan-ⅡE系列的xc2s100e。
綜合工具生成網(wǎng)表文件后，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)的步驟有：轉(zhuǎn)換（將多個(gè)設(shè)計(jì)文件合并為一個(gè)網(wǎng)表），映射（將網(wǎng)表中的邏輯符號(hào)（門）整合到物理元件中），布局布線（將元件放到器件中，并將它們連接起來，同時(shí)提取出時(shí)序數(shù)據(jù)，并生成各種報(bào)告）。
4.2 綜合布線結(jié)果及分析
 
 
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