VHDL的串行同步通信SPI设计.doc

课 程 设 计 课程名称_电子技术综合设计与实训 题目名称 基于VHDL的串行同步通信SPI设计 学生学院_ 自动化____________ 专业班级_电子信息科学与技术____ 学 号__3107001554__________ 学生姓名____陈振添_____________ 指导教师____蔡述庭__ ________ 2009 年 12 月 21 日 广东工业大学课程设计任务书 题目名称 基于VHDL的串行同步通信SPI设计 学生学院 自动化 专业班级 电子信息科学与技术 姓 名 陈振添 学 号 3107001554 一、课程设计的内容 设计一个1. 利用 2. 利用DE2板对所设计的进行验证  3. 总结设计结果 发出任务书日期： 年 月 日 指导教师签名： 计划完成日期： 年 月 日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章： 摘 要 本设计是用Quartus作为开发环境，以DE2板为硬件平台实现的SPI同步串行通讯。设计过程方便。根据接收和发送两个主要部分实现了SPI的基本功能。此外，该设计还实现了波特率发生器，数码管显示的功能。用DE2板实现具有电路简洁，开发周期短的优点。充分利用了EDA设计的优点。开发过程用了VHDL硬件描述语言进行描述，从底层设计，分模块进行，充分提高了设计者的数字逻辑设计的概念。 关键词：SPI，同步串行通讯，Quartus，DE2板，VHDL硬件描述语言。 目 录 1引言 6 2 SPI简介 6 2.1 SPI协议和工作原理 6 2.2波特率 7 3 模块设计 7 3.1 顶层模块RTL综合 7 3.2波特率发生器模块 8 3.3 SDO数据发送模块 9 3.4 SDI数据接收模块 10 3.5 数码管显示模块 11 4 实验验证 12 4.1实验验证方案选择 12 4.2实验现象 12 5 结论与问题讨论 12 5.1完成设计要求的程度 12 5.2遇到的问题及解决方法 13 5.3存在的不足及改进思路 13 5.4心得体会 13 参考文献 14 1引言 串行扩展通信接口是器件间进行数据交换的平台和重要渠道。主控同步串行通信模块主要应用于系统内部近距离的串行通讯，如SPI,I^C等。SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，SPI是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。 2 SPI简介 2.1 SPI协议和工作原理 顾名思义，串行接口的数据传输方式是串行的，即数据是一位一位地进行传输 虽然串行接口的传输方式导致其传输速度会比较慢，但是它却具有较强的抗干扰能力，并能有较长的传输距离，RS232口的最大传输距离为15m。 SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200. SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。 　　（1）SDO - 主设备数据输出，从设备数据输入 　　（2）SDI - 主设备数据输入，从设备数据输出 　　（3）SCLK - 时钟信号，由主设备产生 　　（4）CS - 从设备使能信号，由主设备控制 　　其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 　　接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。 　SPI是一个环形总线结构，由ss（cs）、sck、sdi、sdo构