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        基于CPLD芯片和VerilogHDL語言實現位同步時鐘的提取設計方案

        2020年06月26日 09:29 ? 次閱讀

        引言

        異步串行通信是現代電子系統中最常用的數據信息傳輸方式之一,一般情況下,為了能夠正確地對異步串行數據進行發送和接收,就必須使其接收與發送的碼元同步,位同步時鐘信號不僅可用來對輸入碼元進行檢測以保證收發同步,而且在對接收的數字碼元進行各種處理等過程中,也可以為系統提供一個基準的同步時鐘。

        本文介紹的位同步時鐘的提取方案,原理簡單且同步速度較快。整個系統采用VerilogHDL語言編寫,并可以在CPLD上實現。

        位同步時鐘的提取原理

        本系統由一個跳變沿捕捉模塊、一個狀態寄存器和一個可控計數器共三部分組成,整個如圖1所示,其中data_in是輸入系統的串行信號,clock是頻率為串行信號碼元速率2N倍的高精度時鐘信號,pulse_out是系統產生的與輸入串行信號每個碼元位同步的脈沖信號,即位同步時鐘。

        基于CPLD芯片和VerilogHDL語言實現位同步時鐘的提取設計方案

        跳變沿捕捉模塊的輸入也就是整個的輸入data_in和clock。當data_in發生跳變時,無論是上升沿或是下降沿,捕捉模塊都將捕捉所發生的這次跳變,并產生一個脈沖信號clear,這個clear信號所反應的就是輸入信號發生跳變的時刻。然后以它為基準,

        就可以有效地提取輸入串行信號的同步時鐘。

        狀態寄存器有兩個輸入,分別接跳變沿捕捉模塊的輸出clear和可控計數器的輸出pulse_out,當clear信號的上升沿到來時,此狀態寄存器的輸出k被置1,之后在pulse_out和k信號本身的控制下,k在pulse_out和k信號上產生一個脈沖之后被置0,這個k為一般連接到可控計數器的控制端。

        可控計數器是??勺兊挠嫈灯?,在k信號的控制下可以對clock信號進行模為N-2或2N的計數,其三個輸入分別接跳變沿捕捉模塊的輸出clear、狀態寄存器的輸出k和時鐘clock。其中clear信號可以對計數器進行異步清零,k信號可選擇計數的模,當k=1時,計數器的模為N-2,計數滿N-2后即產生輸出脈沖pulse_out,當k=0時,計數器的模為2N,計數滿2N時,產生輸出脈沖pulse_out。

        整個系統工作時,當輸入信號data_in發生跳變時,跳變沿捕捉將可以捕捉到這次跳變,并產生一個脈沖信號clear,此clear信號可以將可控計數器的計數值清零,同時將狀態寄存器的輸出k置1,并送入可控計數器中,以使計數器進行模塊為N-2的計數,待計滿后,便可輸出脈沖信號pulse_out,此信號一方面可作為整個系統輸出的位同步時鐘信號,另一方面,它也被接進了狀態寄存器,以控制其輸出k在計數器完成N-2的計數后就變為0,并在沒有clear脈沖信號時使K保持為0,從而使可控計數器的模保持為2N,直到輸入信號data_in出現新的跳變沿并產生新的clear脈沖信號,由以上原理可見,在輸入信號為連“1”或連“0”的情況下,只要系統使用的時鐘信號足夠精確,就可以保證在一定時間里輸出滿足要求的位同步時鐘,而在輸入信號發生跳變時,系統又會捕捉下這個跳變沿并以此為基準輸出位同步時鐘。

        位同步時鐘的提取

        本系統包括三個部分,一是采用VerilogHDL語言編寫程序,第二步再將每個部分作為一個模塊(module)來編寫,最后通過元件例化的方法將三個模塊連接起來,以完成這個整個系統的設計。

        下面是跳變沿捕捉模塊的部分程序,其中Int0為串行輸入信號,PCclk為輸入系統的高精度時鐘信號,本模塊的輸出Pcout對應于圖1中的clear信號,它同時又接入狀態寄存器模塊的Psclr和可控計數器模塊的clr。其仿真結構如圖2所示。

        跳變沿捕捉模塊的部分程序如下:

        module PcheckCapture (PCout,Int0,PCclk);

        ……

        reg PCtemp1,PCtemp2;

        always@(posedge PCclk) begin

        PCtemp1《=Int0;

        PCtemp2《=PCtemp1;

        end

        assign PCout=“PCtemp1”^PCtemp2;

        ……

        狀態寄存器模塊的部分程序如下,其中輸入信號Psclr來自跳變沿捕捉模塊,另一個輸入信號Pss則來自可控計數器的輸出s對應圖1中的pulse_out,輸出信號Psout對應圖1中的k;

        module PcheckSreg (Psout,Pss,Psclr);

        ……

        wire Pstemp;

        assign Pstemp=~(Pss&Psout);

        always@(posedge Pstemp or posedge Psclr) begin

        if(Psclr==1b1)Psout《=1;

        else Psout《=~Psout;

        end

        ……

        下面是可控計數器模塊的部分程序,其中三個輸入信號k、clr、clk分別對應于圖1中的k、clear、clock,輸出信號s對應于圖1中的輸出信號pulse_out;

        module PcheckCoumter (s,k,clr,clk);

        ……

        always@(posedge clk or posedge clr)

        begin

        if(clr==1)begin

        s=0;

        cnt=0;

        end

        else begin

        if(k==0) begin

        if(cnt==2N-1)begin

        cnt=0;

        s=1;

        end;

        else begin

        cnt=cnt+1;

        s=0;

        end

        end

        else begin

        if(cnt==N-2)begin cnt=“0”;

        s=1;

        end

        else begin

        cnt=cnt+1;

        s=0;

        end

        ………

        在頂層模塊中,應對三個模塊進行例化,并在導線相連接,以構成一個完整的系統,此模塊的程序如下:

        modulePcheckTop (PTout,PTint,PTclk);

        inout PTout;

        input PTInt,PTclk;

        PcheckCapture a (clear,PTInt,PTclk);

        PcheckCounter b (PTout,k,clear,PTclk);

        PcheckSreg

        c(k,PTout,clear);

        endmodule

        圖3為整個系統的仿真結果。

        結束語

        本位同步時鐘提取方案已在CPLD器件上進行了仿真實現,通過以上的分析可知,本位同步時鐘的提取方案具有結構簡單、節省硬件資源、同步建立時間短等優點,在輸入信號有一次跳變后,系統出現連“1”連“0”,或信號中斷時,此系統仍然能夠輸出位同步時鐘脈沖,此后,只要輸入信號恢復并產生新的跳變沿,系統仍可以調整此位同步時鐘脈沖輸出而重新同步,此系統中輸入的時鐘信號頻率相對碼元速率越高,同步時鐘的位置就越精確,而當輸入碼元速率改變時,只要改變本系統中的N值系統就可重新正常工作。

        責任編輯:gt

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        發表于 2020-06-23 13:51? 101次閱讀
        FPGA有哪些應用及發展前景如何

        對三方制程工藝節點等方面進行的探索

        當芯片制程接近納米級的極限時,公司可能會開始使用埃米而不是納米,或可能會簡單地使用小數點進行標注。早....
        發表于 2020-06-23 13:35? 151次閱讀
        對三方制程工藝節點等方面進行的探索

        wifi在物聯網領域的應用發展前景如何?

        既然實現了確保功能且低功耗,DA16200 是否和 Dialog 的藍牙芯片形成競爭?崔南岫解釋,“....
        發表于 2020-06-23 13:00? 347次閱讀
        wifi在物聯網領域的應用發展前景如何?

        5nm 工藝技術,將讓 5G 手機芯片和終端邁入...

        高通美國副總裁 Geoffrey Yeap 博士分析,一個典型的手機 SoC 芯片上承載的晶體管 6....
        發表于 2020-06-23 12:50? 399次閱讀
        5nm 工藝技術,將讓 5G 手機芯片和終端邁入...

        天璣 820與驍龍 765兩款 5G 手機芯片的...

        消費者實際拿到手機測試之前,不能光憑發布者一家之言,而是需要參考第三方測試平臺的跑分結果來進行側面的....
        發表于 2020-06-23 12:39? 1350次閱讀
        天璣 820與驍龍 765兩款 5G 手機芯片的...

        中國移動啟動揚帆計劃的行動,加速5G行業應用的成...

        5G行業應用是確定性趨勢,且新基建將要求行業加速數字化進程,中國移動必須要把握先機,宜早不宜遲?;?...
        發表于 2020-06-23 11:29? 238次閱讀
        中國移動啟動揚帆計劃的行動,加速5G行業應用的成...

        我國自研5G毫米波芯片的成功,打破國外技術封鎖和...

        6月15日,中國工程院院士劉韻潔表示,南京網絡通訊與安全紫金山實驗室已研制出CMOS毫米波全集成4通....
        發表于 2020-06-23 11:08? 417次閱讀
        我國自研5G毫米波芯片的成功,打破國外技術封鎖和...

        高通驍龍690的推出,將助力5G商用高潮的來臨

        近年來,越來越多支持高刷新率屏幕的手機進入大眾視野。高刷新率屏幕可以讓人們在使用手機時系統交互、滑動....
        發表于 2020-06-23 11:06? 374次閱讀
        高通驍龍690的推出,將助力5G商用高潮的來臨

        2020中國芯片設計10強民營企業出爐,韋爾奪下...

        胡潤研究院今日發布《2020胡潤中國芯片設計10強民營企業》,列出了中國10強本土芯片設計民營企業,....
        發表于 2020-06-23 10:20? 359次閱讀
        2020中國芯片設計10強民營企業出爐,韋爾奪下...

        國家存儲器基地項目二期開工,規劃月產能20萬至3...

        6月20日,紫光集團發布消息,由長江存儲實施的國家存儲器基地項目二期(土建)在武漢東湖高新區開工,規....
        發表于 2020-06-23 10:10? 589次閱讀
        國家存儲器基地項目二期開工,規劃月產能20萬至3...

        奕斯偉完成20億元B輪融資,IDG資本持續賦能硬...

        隨著人工智能加速發展,深度學習、跨界融合、人機協同、自主操控等新特征顯現,芯片化硬件化平臺化趨勢更加....
        發表于 2020-06-23 09:56? 184次閱讀
        奕斯偉完成20億元B輪融資,IDG資本持續賦能硬...

        本月臺積電將為iPhone 12生產A14仿生芯...

        中國電信設備制造商華為技術有限公司本周有望獲得在英國索斯頓村建設一個價值4億英鎊的研發中心的規劃許可....
        發表于 2020-06-23 09:35? 1025次閱讀
        本月臺積電將為iPhone 12生產A14仿生芯...

        WWDC2020:蘋果發布iOS14 宣布Mac...

        蘋果推出了iOS 14,這是iPhone軟件的最新版本,其中包括諸如設置默認郵件應用程序或瀏覽器應用....
        發表于 2020-06-23 09:13? 1784次閱讀
        WWDC2020:蘋果發布iOS14 宣布Mac...

        針對半導體三大領域發力,推動產業鏈高端化

        政策扶持“推一把”。海寧成立泛半導體產業基金和并購基金,總規模10億元,已完成投資項目19個。相繼舉....
        發表于 2020-06-23 09:06? 194次閱讀
        針對半導體三大領域發力,推動產業鏈高端化

        分析服務和VTT加速壽命測試偏移結果之間的設備差...

        針對電力公司應用的創新不止局限于監測消耗電網能源的硬件設備,現在還可提供分析功能,旨在了解以前無法在....
        發表于 2020-06-23 09:01? 151次閱讀
        分析服務和VTT加速壽命測試偏移結果之間的設備差...

        一文了解MIPS的寄存器

        MIPS 有32個寄存器(0~31), 每個寄存器各有不同的用途。
        發表于 2020-06-23 08:59? 54次閱讀
        一文了解MIPS的寄存器

        基于針對數字接口或模擬傳感器的靈活IO配置

        工業和自動化技術、汽車電子或現代消費產品中復雜的特定系統,通常需要量身定制的半導體解決方案。此外,采....
        發表于 2020-06-23 08:46? 385次閱讀
        基于針對數字接口或模擬傳感器的靈活IO配置

        互聯網發展下半場是什么?

        毫米波通信頻譜資源豐富,5G時代選擇使用毫米波頻段,速度就好比單車道升級為十車道。毫米波芯片是高容量....
        發表于 2020-06-22 20:33? 582次閱讀
        互聯網發展下半場是什么?

        采訪楚慶:對于5G開發,中國有天然優勢

        雖然 2020 年的開頭被一場疫情打個措手不及,也讓全球電子產業在整個上半年的走勢都不容樂觀,但我們....
        發表于 2020-06-22 18:10? 651次閱讀
        采訪楚慶:對于5G開發,中國有天然優勢

        MODE寄存器中沒有關于SYNCE、SYNCSEL這兩個bit的描述?

        各位俠客們好,有個小小的疑問,手冊spruh22c(April 2012–Revised February 2013)中描述的C28核DMA模塊的M...
        發表于 2020-06-19 14:10? 54次閱讀
        MODE寄存器中沒有關于SYNCE、SYNCSEL這兩個bit的描述?

        有沒有直接用sdio方式驅動sd卡的資料分享一下

          用sdio方式驅動sd卡,直接操作寄存器,誰有的能否發一份參考一下。。。。。。...
        發表于 2020-06-18 04:35? 31次閱讀
        有沒有直接用sdio方式驅動sd卡的資料分享一下

        請問是用庫寫程序好,還是操作寄存器好

        請問是用庫寫程序好,還是操作寄存器好?    如果有庫的話是怎么添加的???一直不理解啊...
        發表于 2020-06-18 04:35? 26次閱讀
        請問是用庫寫程序好,還是操作寄存器好

        CC115L 芯片發熱發燙

        項目 MSP430G2433+CC115L 電源:3V兩節5號電池 設置功率:10dBm 現象: 1.發射接口和頻譜分析儀(50R...
        發表于 2020-06-17 01:10? 100次閱讀
        CC115L 芯片發熱發燙

        SCIA只能接收不能發送是為什么?

        最近要利用2812的SCI進行通信,然后就仿照各種教材寫了一個通信例程,實驗的時候采用的SCIB,結果發送、接收都...
        發表于 2020-06-16 12:30? 36次閱讀
        SCIA只能接收不能發送是為什么?

        請問EBWE、EBMWE是哪個寄存器?

        介紹EEPROM的控制寄存器EECR程序里出現語句   EECR&(1...
        發表于 2020-06-16 09:03? 36次閱讀
        請問EBWE、EBMWE是哪個寄存器?

        ad轉換開始后發現ad數據寄存器值始終為零是為什么?

        ad轉換開始后發現ad數據寄存器值始終為零,模擬輸入我測得是有值(2.8v)程序和cpu圖如下,pb1為模擬輸入,苦逼的用庫...
        發表于 2020-06-16 09:00? 28次閱讀
        ad轉換開始后發現ad數據寄存器值始終為零是為什么?
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