杨波 中期总结.doc

中 北 大 学 毕业设计中期总结 学 生 姓 名： 杨波 学 号： 1106044209 学 院： 仪器与电子学院 专 业： 电子科学与技术 设计题目： USB与RS422/485接口转换器 的设计与实现 指导教师: 杨玉华 2015 年 4 月 13 日 毕业设计中期总结 院系 仪器与电子学院 班级学生 姓名 杨波 指导 教师 杨玉华 题目名称： USB与RS422/485接口转换器的设计与实现 主要任务： 　　在理解USB接口、RS422和RS485接口相关知识的基础上，设计一个USB与RS422485的接口转换器，实现USB接口RS422/ 485接口相互转换。 图1 总体框图 具体设计要求： （1）利用FPGA实现USB接口和RS422接口的数据通信； （2）利用FPGA实现USB接口和RS485接口的数据通信； （3）通过计算机软件验证接口转换器数据通信的可靠性。 1、理解USB接口、RS422/ 485接口的相关知识 查阅相关资料，理解USB接口、RS422和RS485接口的通信协议、接口芯片的工作原理等相关知识，并熟悉相关的实现方法。 2、硬件电路设计、制作与调试 熟练使用Protel 99SE 或者其他EDA软件，设计接口转换器的电路原理图和PCB版图，并调试相关电路使其能够正常工作，并实现其接口转换功能。 3、FPGA 程序设计 用VHDL语言编写FPGA程序，实现USB接口和RS422/ RS485接口的数据通信。 4、上位机软件设计 编写上位机软件实现数据的接收和发送，分析数据的正确性，验证数据通信可靠性。 1.1、确立研究方案 　　USB与RS422/485接口转换器的硬件部分主要包括USB接口控制电路、RS422/485接口电路和主控FPGA电路模块。 　　功能实现流程如下： 图2 功能流程图 各模块所使用的芯片:　(1) USB接CY7C68013芯片 　 　(2) RS422/485接口电路采用ADM3076FPGA模块采用XILINX公司的XC2S50E 1.2、系统的基本工作流程 ①CY7C68013内部单片机初始化，FPGA内部数据初始化。 ②外部RS422/485总线数据通过RS422/485接口传输到接口芯片上，接口芯片ADM3076E将422/485差分信号转换成串行信号。 ③串行信号输入FPGA主控芯片中，进行消抖转换，转换成8路并行数据并缓存。 ④USB接口芯片CY7C68013接收FPGA内部FIFO内部缓存状态信号（空、半满、满），根据信号传输相应的指令到FPGA中，使FPGA中缓存的并行数据传输到CY7C68013中进行协议转换。 ⑤协议转换完成，并通过USB接口传给上位机。 1.3、FPGA模块流程图 本次设计的FPGA内部主要分为：消抖模块、串并行转换模块、FIFO缓存模块、FIFO读数控制上传模块。这些部分实现了最主要的功能，对数据进行了转换与控制发送。当数据通过RS422/485接口电路转换成串行数据发送到FPGA时，首先经过消抖模块消除信号抖动，然后进入串并转换模块，串并转换模块包括通讯速率的设置、串行信号的识别、串并行数据段的转化等。模块内部有延时程序控制数据通讯速率，通过八位寄存器逐次读取串行数据段，形成八位并行数据，输出到FPGA内部FIFO进行缓存处理。 FIFO数据读出上传控制模块通过读取FIFO实时状态（空、半满、满）发送到CY7C68013中，CY7C68013通过读取FIFO状态（半满时开启）来开启数据上传。通过CY7C68013输出的控制波形信号逐次读取FIFO中的数据到FIFO数据读出上传控制模块中，最后输出到CY7C68013的GPIFD管脚上。 1.4、模块原理图绘制 （1） FPGA程序下载模块CY7C68013有一个 I2C 端口，该端口由两个内部控制器驱动，其中一个在引导时自动运行，以加载 VID/PID/DID 和配置信息，另一个由8051在运行时用于控制外部 I2C 设备。I2C 端口仅在主控模式下运行。 I2C 引脚 SCL 和 SDA 必须有2.2 kΩ外部上拉电阻，即使E2PROM没有连接到CY7C68013也要如此外部E2PROM设备地址引脚必须正确配置。当CY7C68013内部单片机开始工作时，内部程序就会输出信号到SCL管脚到控制芯片中，并输出相应地址到A0~A2管脚，并从SDA管脚从芯片中下载相应的固件程序。begin process (clk,