数电课设——串行通信.doc
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1、串行通信电路沈阳工程学院课 程 设 计设计题目: 串行通信电路 系 别 班级 测控本091 学生姓名 学号 2009308119 指导教师 职称 讲师 起止日期: 2011 年8月29日起至2011 年9月4日止沈 阳 工 程 学 院课程设计任务书课程设计题目: 串行通信电路系 别 班级 测控本091 学生姓名 学号 2009308119 指导教师 职称 讲师 课程设计进行地点: B222 任 务 下 达 时 间: 2011 年 8 月 29 日起止日期:2011年8月29日起至2011年9月4日止教研室主任 2011 年8月29日批准串行通信电路的设计1串行通信电路1.1设计目的(1)掌握串
2、行通信电路的构成、原理与设计方法;(2)熟悉QuartusII的仿真方法。1.2基本要求(1)发方实现8bit码字的并串转换,使用单一电缆发送信号,收方实现串并转换后输出;(2)并行输出端的8bit寄存器;(3)收方数据是否已准备好指示输出端。1.3发挥部分(1)加密通信;(2)串行发/收端口FIFO缓存;(3)发/收方奇偶校验位生成/检测;(4)其他。2设计过程及论文的基本要求2.1设计过程的基本要求:(1)基本部分必须完成,发挥部分可以在已给的范围或自己寻找资料的范围内任选;(2)符合要求的设计报告一份,其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份;(3)设计题目必须仿真通过,设计过程的资料草稿上
3、交;(4)成绩的组成:考勤、每天任务的完成工作量、答辩情况、报告;2.2课程设计论文的基本要求:(1)蓝黑色或黑色钢笔或碳素笔书写,不允许用圆珠笔。项目齐全、字迹工整,有条件的可以打印。(2)装订顺序:封面、任务书、成绩评定表、中文摘要、关键词、目录、正文(正文的具体要求按老师讲课要求)、总结及致谢、参考文献、附录(逻辑电路图与实际接线图)。3时间进度安排顺序阶段日期计划 完成 内容备注12011.8.29讲解主要设计内容,学生根据任务书做出原始框图打分22011.8.30检查框图及初步原理图完成情况,讲解及纠正错误打分32011.8.31检查逻辑图并指出错误及纠正;讲解接线图绘制及报告书写打
4、分42011.9.1继续修正逻辑图,指导接线图绘制方法,布置答辩打分52011.9.2答辩、写报告打分沈 阳 工 程 学 院 数字电子技术 课程设计成绩评定表系(部): 班级: 学生姓名 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料;能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能够独立完成设计工作。0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满,难度适宜。0.25432说明书的 质量说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备
5、,书写工整规范。0.55432 指导教师评审成绩(加权分合计乘以12) 分加权分合计指 导 教 师 签 名: 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性;有综合归纳资料的能力。0.25432工作量工作量饱满,难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩(加权分合计乘以8) 分加权分合计评 阅 教 师 签 名: 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩 分中文摘要社会日益进步,各个领域都迅猛发展。数字电子
6、技术的也迅速发展起来,为人们的生活提供了优越的条件,比如计算机,就是典型的电子技术应用实例。数字电子技术基础使我们的专业基础课,更应该更好的学习和掌握。这次课程设计为我们提供了实践的机会。通信技术在电子技术得到发展的前提下,也很快发展起来。我们这次的内容就是相关的题目串行通信电路。CPU与外部的信息交换称为通信(Communication)。基本的通信方式有两种:串行通信和并行通信。串行通信,就是将信号一位一位的顺序传送。串行通信与并行通信各有优点与缺点。在并行通信中,数据有多少位就要有同样数量的传送线,而串行通信只要一条传送线。故串行通信节省传送线,特别是当位数很多和长距离传送时,这个优点就
7、更为突出。例如,微型计算机要将数据传送到远方的终端,则常用通信线路进行传送,这时采用串行传送可以大大减少传送线,从而降低成本。只是串行传送的速度慢,是并行的N倍(N是位数)。如上所述,串行通信是一位一位的顺序传送,但是在计算机中数据是并行传送的,所以当数据由计算机送至数据终端时,先要把并行的数据转换成串行的再传送,而在计算机接收由终端送来的数据时,先要把串行的数据转换为并行的数据,才能处理加工,这样的转换就可以用逻辑电路图来实现,这也是我们这次课程设计的主要内容。由于串行通信主要用于远距离传送,所以对传送的数据进行校验就是不宜缺少的环节,也是这次设计所研究的一个内容。常用的方法是奇偶校验,在逻
8、辑图中实现有一定的困难,但是我们都会尽力去思考完成的。 还有很多的问题都是我们在设计过程中自己去解决。通信是现代社会必不可少的部分,所以更应该深刻的认识。关键词 代码加密模块,串变并转换模块,并变串转换模块,代码解密模块,发方检测目录课程设计任务书II数字电子技术 课程设计成绩评定表IV中文摘要V1 设计任务描述11.1设计题目:串行通信电路11.2设计要求:11.2.1设计目的:11.2.2基本要求:11.2.3发挥部分:12 设计思路23设计方框图34 各部分电路设计及调试44.1 串行通讯电路各模块设计及调试44.1.1代码发送电路设计及调试44.1.2代码加密模块的设计及调试54.1.
9、3并串转换模块及反馈电路的设计及调试64.1.4串并转换模块的设计及调试84.1.5代码解密模块的设计及调试94.1.6代码接收模块的设计及调试105 串行通信电路过程分析125.1串行通信电路的总电路图125.2电路图的工作过程分析125.2.1代码发送电路的工作过程分析125.2.2代码加密模块的工作过程分析135.2.3并串转换模块及串并模块的工作过程分析155.2.4解密及代码输出端口的工作过程分析166 元器件清单187 主要元器件介绍19小结25致谢26参考文献27附录A 串行通信总电路28VI串行通信电路1 设计任务描述1.1设计题目:串行通信电路1.2设计要求:1.2.1设计目
10、的:(1)掌握串行通信电路的构成、原理与设计方法;(2)熟悉QuartusII的仿真方法。1.2.2基本要求:(1)发方实现8bit码字的并串转换,使用单一电缆发送信号,收方实现串并转换后输出(2)并行输出端的8bit寄存器;(3)收方数据是否已准备好指示输出端。1.2.3发挥部分:(1)加密通信。2 设计思路我们这次的课设题目是,串行通讯电路,目前串行通讯的做法在通讯领域是非常的普遍,因为远距离传送数据采用并行通讯的话那么传送多少位数据就得需要多少条传送线,然而串行通讯只需要一条传送线用于数据远距离传输,体现出其优越的经济价值,下面是我对本次课设具体的设计思路: 题目要求:发方实现8bit码
11、字的并串转换,使用单一电缆发送信号,收方实现串并转换后输出,所以我在整个电路的开始部分设计了一型号为8fadd的8位全加器用来接收发方输入的数据只要将被加数的数据设为“0”就可以获得发方发送的原始数据这样也就可以实现整个电路只具有一个输入端的功能,接下来就要到了设计电路的关键环节并串转换单元。 并串转换单元的设计思路:该模块主要由型号为74283的4位全加器,74151的8位数据选择器和74161的计数器构成,从8位全加器出来的数据会按顺序平均的分配给2个型号为74283的4位全加器(这么做我是想对发送的数据加密,这个我会在安全设备设计里面说明),用74161做一个8进制计数器,用产生7415
12、1的地址码选出对应的地址的数据,这样就实现了由并行传送到串行传送的转变。 收方数据准备完成判断电路:该单元就是要检测出是否将待发的8位数据全部发出,若是发出该电路就会显示“1”否则显示“0”,所以这部分我使用了3输入的逻辑与门和用来生成数据选择器地址代码的8进制计数器共同完成。 串并转换单元的设计思路:发方发送的数据经过远距离的串行传送之后接收方要将传送过来的数据进行串并转换,我的这部分设计用到型号为74164的2输入8输出的移位寄存器,将传送过来的数据并行输出出来。这样我就实现了并串串并之间的转换。安全设备设计思路:首先要了解一个事实就是发方发送一组代码收方就要接到这组不失真的代码才能算是通
13、讯成功,然而有某些信息不想被别人捷走,这样我们就需要通过对发送的代码进行加密操作,要是没有正确的解密码就得不到正确的代码,这样就可以有效的保护消息的安全性,所以我在本次课设的发挥部分里就选择了给发送的数据进行加密操作前面提到过的那2片74283就是用来对发送码进行加密用的,74283是4bit的全加器,同时我又用到2片74161计数器共同组成了时钟加密电路,具体的设计方法我会在后面设计的部分详细的说明。有了加密设备对代码进行加密保护信息安全,防止他人盗取但同时收方要得到真实的代码则就需要解密设备才行,加码设备的核心就是加法器只不过我的被加数是由时钟产生的随机的二进制码所以我设计的解密设备就是在
14、对应的加法器的基础上做一个减法器实现对数据的解码操作。这样收方就可以获得真实的代码。代码输出单元的设计思路:由于我用到了数据选择器和一个8位移位寄存器所以我要得到的代码是经过特定时间后输出的结果,这样我就使用了型号为74374的寄存器等到正确的代码到来的时候将代码输出出来。以上就是我的整体电路的设计思路。3设计方框图发放代码输入模块输出代码模块收方代码代码加密模块代码解密模块并变串转换模块串变并转换模块收方代码准备完成与否检测模块发方检测4 各部分电路设计及调试4.1 串行通讯电路各模块设计及调试4.1.1代码发送电路设计及调试 由于设计的内容是串行通信电路,为了满足代码发送由一个输入端实现,
15、故在整个电路开始设计部分采用了型号是8fadd的8bit全加器,它可以实现8位的二进制数相加减。为了清晰的说明该部分电路的设计,将部分的电路图列出,如图所示:图4.1.1-1 代码发送电路图4.1.1-1是我设计的代码发送电路,其中发送方发送的数据代码为Dm1,Dm2一直到Dm8,从图中看到我将它们分别对应接到全加器的加数位上,为了将发送方的代码输出出去,所以我在全加器的被加数部分上全部接地。出来的D1,D2一直到D7就会是发送方的全部数据代码,下面是验证该模块的部分参数设置仿真结果图:图4.1.1-2 数值输入电路仿真结果仿真的结果经调试后结果与此部分设计的希望效果相一致,所以该模块工作正常
16、,同时代码流入下到一个单元模块。4.1.2代码加密模块的设计及调试发送出来的信息都属于私人机密都需要进行保护,所以在整个串行通讯的过程中要进行加密保护,我的这部分模块就是对从上一个单元流进来的数据代码进行加密操作,我使用了2片742834bit全加器和2片74161计数器共同来实现了该电路的加密装置,具体的接线方式请参考图4.1.2-1所示:图4.1.2-1 代码加密接线图(图4.1.1-3是我单独分析加密模块时设计的,完全是为了美观,其连入整体电路时的图不一样但是工作原理相同),从图中清新的看到从上一个单元流入的数据代码D1,D2,D3,D4,分别连到左面的74283的加数位置上;D5,D6
17、,D7,D8则分别连到右边的74283的加数位上。图中又可以看到2片74161计数器分别对应的的接入74283的被加数位置上这样只要将“CIN”给入低电平就可以将原代码数据进行加和运算也就是产生了失真的代码,观察该模块是否如设计的希望结果,需要经过调试测验,图4.1.2-2为代码加密电路的仿真结果:图4.1.2-2 代码加密电路的仿真结果我将D1和D5分别给入高电平(因为D4,D3,D2,D1可以看成是一个加密模块D8,D7,D6,D5可以看成另一个加密模块)。从结果上看出每当CP上升沿来的时候数据代码都会加1所以这样就产生了有规律的失真代码,这位后面解码电路的设计提供了很大的方便。4.1.3
18、并串转换模块及反馈电路的设计及调试该部分就是整个电路的核心部分之一,实现信号的并串转换功能,它具有很大的经济效益,比如远距离传送信号可以省下许多的资源,比较省钱等。但是该模块实现的器件确是很简单,我就是用了74151数据选择器和74161计数器就实现了并串信号的转换,为了便于说明下面我引进该模块的设计电路图:图4.1.3-1 并串转换及反馈电路图结合图中电路来进行说明,首先用74161做一个8进制的计数器,目的就是用来产生74151数据选择器的地址码,有了地址码之后74151就可以正常的工作了,将对应地址的数据选出来,这样就可以将并行输入的数据串行的发送出去了,同时我设计了一个反馈电路就是在7
19、4151的地址码的接线上接入一个3输入的与门,目的就是用来告诉发送方,接收方的代码已经准备完成,所以在其输出端接入一个LED检测灯,当D7上的数据被选中的时候LED上就是高电位小灯就会亮,这是我的设计思路,下面是我对该模块的调试检测过程,图4.1.3-2为串并转换电路的仿真电路图:图4.1.3-2 并串转换及反馈电路仿真图从仿真结果上看每当CP上升沿来的时候输出端Y1就会将对应地址的数据发送出去,当地8个CP沿来到的时候也就是数据M8被选中的时候LED检测灯为高电平,所以从图中看到该电路成功的实现了并串转换及反馈功能。4.1.4串并转换模块的设计及调试当数据经过远距离的串行传输时候,到达收方之
20、前需要将串行的数据转换成并行的数据输出出来,所以就需要用到串并转换模块,我的这部分电路设计使用的是2输入8输出的74164移位寄存器模块,当给其一个输入脉冲的时候他就可以将数据逐一的存入寄存器中,图4.1.4-1为并串转换电路设计图:图4.1.4-1 串并转换电路设计图从并串转换电路里面出来的数据Y1在74164移位寄存器的A端口流入,而B端口接入高电平,当时钟CP2上升沿来到的时候74164就可以正常的工作了,图4.1.4-2为该模块的仿真结果:图4.1.4-2串并转换电路仿真结果从仿真结果中可以看到当CP时钟上升沿来到的时候,流入Y1的数据就会从移位寄存器的QA端一步一步的流到QH端,当移
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