【正文】 節(jié)。SPI接口也可以作為CPU之間通信的方式2．SPI的傳輸原理 SPI的的傳輸原理可參考圖2－2所示，實際上相當(dāng)于兩個８位移位寄存器首尾相連，每個時鐘周期，數(shù)據(jù)從一個設(shè)備的移位寄存器移出，同時移入了另一個寄存器。 很多器件是SPI接口的從設(shè)備如一些EEPROM AT25128。它允許單片機與各種外圍設(shè)備以串行方式進行同步通信。本系統(tǒng)中 AVR與CPLD之間的通信就是采用的SPI接口. 1．SPI接口介紹 串行外設(shè)接口SPI(Serial Peripheral Interface)接口就是AVR單片機提供的一種硬件同步串口，這種接口提供了單片機和外圍器件短距離高速通信的接口，主模式下最高速度可以達到系統(tǒng)時鐘的1/2。而對于CPLD來說，實現(xiàn)起來就不那么簡單了。 一說串口通信， 恐怕很多人的第一反應(yīng)就是UART。如果傳５０個bit，這樣恐怕一般的單片機就無能為力。這時，用并行的方式就無能為了。且由于 CPLD 在系統(tǒng)中，只是起輔助作用，但要求I/O數(shù)量在120腳左右，所以選擇了EPM7128兩片（五） AVR與 與CPLD通信協(xié)的選擇 如果單片機與CPLD之間連接只是想驅(qū)動某一功能模塊，那么用幾個I/O就可以（即并行方式） 。選PLD的方案有： 1）方案一 用一塊100腳以上的CPLD/FPGA，一半I/O口作信號源輸出用，另一半I/O口作信號采集用； 2）方案二 用二塊80腳左右的CPLD/FPGA，一塊I/O口作信號源輸出用，另一塊I/O口作信號采集用。其實PLD的概念很大，如果對于非IC設(shè)計專員，只是想拿PLD作系統(tǒng)的輔助配件的話，則可以把PLD 局限在CPLD 與FPGA 兩者上。前者以 PAL（Programmable Array Logic， 可編程邏輯陣列） 和GAL （Generic Array Logic， 通用陣列邏輯器件）為代表；而后者則包括CPLD（Complex PLD,復(fù)雜可編程邏輯器件）和FPGA（Field Programable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列） 。且本系統(tǒng)單片機程序代碼肯定超過2K，所以最后AVR編譯器采用GCC編程。 用Ｃ語言進行AVR單片機開發(fā)， 常用的C編譯器有ICCAVR、 GCCAVR、 Code VisionAVR、 IAR EW。因此，現(xiàn)在大部分電子工程師會優(yōu)先考慮使用Ｃ語言進行嵌人式系統(tǒng)開發(fā)， 只有在一些對時序要求較高的場合， 才用匯編語言實現(xiàn)。雖然使用C 語言寫出的代碼會比匯編語言占用的空間大一些，但由于現(xiàn)在單片機的程序存儲空間有了較大幅度的提高，占用空間大小的差異已經(jīng)不是關(guān)鍵。匯編語言作為傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的編程語言，具有執(zhí)行效率高，容易估算執(zhí)行時間等優(yōu)點，但其編程效率低，且可移植性和可讀性較差，維護不方便。 2）估算程序代碼量的大小。 ４．單片機編譯器的選擇 上面已經(jīng)完成了對單片機的選擇，接下來就應(yīng)選擇合適的編譯器了這也是相當(dāng)重要的（選的好不好直接影響到程序的優(yōu)化程度和編程時間） 。這樣增加了系統(tǒng)的可靠性，能夠滿足本設(shè)計的要求；而且其外圍電路簡單，縮短了設(shè)計周期，電路簡單也是可靠性設(shè)計的一個要求。 5）選用主流技術(shù)、機型 在小型和便攜式產(chǎn)品中要考慮采用小體積、微功耗MCU。選擇主流機型有很多可借鑒的經(jīng)驗，同時它的仿真器支持應(yīng)該使很完善的，開發(fā)性價比高。盡量選用片內(nèi)資源夠用的MCU，使產(chǎn)品盡量接近“單片化” ；還要遵循夠用、留有適當(dāng)富裕量的原則。 2）合適的位數(shù)和功能 要根據(jù)計算量的大小和系統(tǒng)對實時性的要求。這樣的單片機可選PIC和AVR的。 ２）方案二 采用一塊大容量且處理速度快的單片機，把數(shù)據(jù)和程序方在一個單片機中。這樣給單片機編程帶來了困難而且電路也會復(fù)雜，出錯或受干擾的可能性就大。且能有足夠的ROM和RAM空間存貯程序和數(shù)據(jù)（不準備外擴ROM、RAM以減小對單片機的負擔(dān)和降低編程難度） ，所以對單片機處理速度要求快 1）方案一 采用一塊高速單片機處理信息，外圍加上ROM 或EEPRAM 存儲大量數(shù)據(jù)信息。 2．本系統(tǒng)中MCU的選擇方案 線纜組測試儀系統(tǒng)設(shè)計的思想是以單片機為核心作為主控制器，完成對各部分（輸入、輸出等）的信息進行處理，要與大量的數(shù)據(jù)表(存儲于內(nèi)部或外部ROM/RAM)進行比較判斷。 AVR單片機的程序存儲空間采用Flash技術(shù)，可重復(fù)擦寫1000次以上（新的AVR單片機可重復(fù)擦寫10000次以上） 。AVR單片機與C語言的配合十分完美。其包括：1K～128K字節(jié)可下載的Flash存儲器、4～64K字節(jié)EEPROM、4～128K字節(jié)RAM、5～32條通用的I／O線、32個通用工作寄存器、模擬比較器、定時器／計數(shù)器、可編程異步串行口、內(nèi)部及外部中斷、帶內(nèi)部晶振的可編程看門狗定時器、SPI串行口、10位AD轉(zhuǎn)換器以及閑置模式和掉電模式2個可選擇的省電模式等。其ATtiny、AT90和ATMega系列分別對應(yīng)低、中、高檔產(chǎn)品。Z8單片機以低價位的優(yōu)勢面向低端應(yīng)用，以18引腳封裝為主，～2KB。 特點是抗干擾能力強， 適用于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。其單片機品種全，新產(chǎn)品多，廣泛用于汽車工業(yè)。基本上都是OTP（One Time Programmable，—次性燒錄）產(chǎn)品，適于用量大、檔次低、價格敏感的產(chǎn)品。 2）PIC單片機 由Microchip設(shè)計生產(chǎn)，主要產(chǎn)品是16C系列8位單片機。20世紀80年代中期，Intel公司將8051內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)給世界許多著名的IC制造廠商，他們在保持與8051單片機兼容的基礎(chǔ)上，改善了8051許多特性，如提高速度、提高集成度、放寬電源電壓的動態(tài)范圍等。市面上的單片機品牌很多， 要根據(jù)不同的需要選擇適合的品牌， 就需要了解許多種單片機及其特點。 （三） M CU的選型 1．單片機的類型 單片機的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)控制、儀器儀表、計算機外部設(shè)備與智能接口、商用產(chǎn)品、家用電器等。 （二）測試儀的宏觀結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)要求，對整個系統(tǒng)設(shè)計有一個宏觀結(jié)構(gòu)即原理框圖如圖２－１所示。用戶通過對鍵盤的操作輸入要檢測某一線纜組的圖號，然后按開始鍵后CPLD開始工作，一塊CPLD進行信號輸出通過被測線纜到另一CPLD進行數(shù)據(jù)信息匯總，并在MCU與CPLD之建立SPI（Serial Peripheral Interface）同步串行通信接口協(xié)議把數(shù)據(jù)傳給單片機進行處理，測試結(jié)果反應(yīng)在液晶顯示器上。 （一）測 測試 試儀 儀的 的工 工作 作原 原理 理及 及系 系統(tǒng) 統(tǒng)分 分析 析 線纜組測試儀，是將多組線纜(內(nèi)有多條導(dǎo)線)進行同時測試，檢測其通斷和短路情況?？梢妼W(xué)習(xí)和同時應(yīng)用MCU和PLD是十分重要的。單片機與CPLD/FPGA兩類器件相結(jié)合的電路結(jié)構(gòu)在許多高性能儀器儀表和電子產(chǎn)品中已被廣泛應(yīng)用。PLD具有高速、高可靠以及開發(fā)便捷、規(guī)范，能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU下至簡單的74電路，都可以用PLD來實現(xiàn)且簡化控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。在功能上，單片機與PLD有很強的互補性。所以研制一個測試線纜好壞的儀器是很有必要的（二） M MC CU U 與 與C CP PL LD D 配 配合 合在 在現(xiàn) 現(xiàn)代 代電 電路 路設(shè) 設(shè)計 計中 中的 的應(yīng) 應(yīng)用 用 當(dāng)今社會是數(shù)字化的社會，是數(shù)字集成電路(微處理器、存貯器以及標準邏輯電路等) 廣泛應(yīng)用的社會。自動化電氣傳動類企業(yè)同樣不例外，但該類企業(yè)在電氣柜線纜安裝這一環(huán)節(jié)上還未真正提高效率。系統(tǒng)在實驗室環(huán)境下實際運行和相關(guān)測試，結(jié)果表明：該系統(tǒng)穩(wěn)定性好、使用簡單方便，達到了預(yù)期的性能和要求。具體實現(xiàn)了整個系統(tǒng)硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計、制作和調(diào)試。還介紹了串行外設(shè)接口 SPI 的特點， 以及AVR與CPLD采用SPI通信的優(yōu)點。線纜組測試儀的設(shè)計院系：電子信息學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學(xué)號： 、姓名：指導(dǎo)老師：2011年5月摘要：目 錄 一 概述.............................................................. 1 （一）線纜組測試儀的設(shè)計背景 .................................................1 （二）MCU與CPLD配合在現(xiàn)代電路設(shè)計中的應(yīng)用...................................2 （三）本設(shè)計的主要工作.......................................................2 二 線纜組測試儀的宏觀設(shè)計 ............................................ 2 （一）測試儀的工作原理及系統(tǒng)分析 .............................................2 （二）測試儀的宏觀結(jié)構(gòu).......................................................2 （三） MCU的選型.............................................................3 （四）PLD的選型..............................................................5 （五） AVR與CPLD通信協(xié)議的選擇..............................................6 （一） 系統(tǒng)軟硬件的協(xié)同設(shè)計 ..................................................9 （二） 外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計.........................................................19 四 系統(tǒng)調(diào)試與測試................................................... 22 （一）調(diào)試中的問題和解決....................................................22 （二）實驗結(jié)果分析..........................................................22 五 系統(tǒng)下一步工作................................................... 22 致謝詞............................................................... 22 參考文獻............................................................. 23 附錄................................................................. 24 （一） 系統(tǒng)原理圖...........................................................24 （二） 畢業(yè)設(shè)計過程中所涉及的軟件 ...........................................25 （三） 英文論文.............................................................25 （四） 中文翻譯.............................................................30 摘 要：本文簡介了線纜組測試儀設(shè)計背景和意義，以及單片機與復(fù)雜可編程邏輯器件配合在現(xiàn)代電路設(shè)計中的應(yīng)用及趨勢。介紹了單片機、CPLD、鍵盤、LCD等電路和器件的選擇，并提到了 AVR 單片機的功能特點。 并詳細介紹了以AVR單片機為核心、 CPLD為輔助接口制作線纜組測試儀的過程。最后給出了系統(tǒng)功能可以進一步完善的基本思路。 關(guān)鍵詞：線纜組測試儀 AVR單片機 復(fù)雜可編程邏輯器件 串行外設(shè)接口The techonology research of Testing Apparatus For Formcable Yang Xiaodong Abstract The thesis introduces design background and meaning of testing apparatus for formcable, application and trend that the singleship microputer cooperated with plicated programmable logic device in the modern circuit design. It introduces the choices of such circuit as the singleship microputer , CPLD , keyboard , LCD ,etc. and ponents, refers the function characteristic of AVR singleship microputer . The characteristic of serial peripheral interface SPI and the advantage of that AVR and CPLD adopt SPI to municate are remended. The thesis also introduces the testing apparatus for formcable mak