學(xué)習(xí)FPGA信號消抖的一點(diǎn)心得附源碼

ID:388050 · 發(fā)表于 2018-8-20 11:08

學(xué)習(xí)FPGA的一點(diǎn)心得

VHDL作業(yè)

1、寫出消抖的程序，通過仿真或下載得出對應(yīng)的波形，并分析。

FPGA對于輸入的信號一般都要經(jīng)過消抖處理，以消除干擾信號。對于兩個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，這一點(diǎn)顯得尤為重要。

消抖一般通過記錄脈沖的個(gè)數(shù)，對輸入信號的尖峰寬度進(jìn)行限制，達(dá)不到預(yù)定的寬度，即認(rèn)為是干擾，必須加以濾除，部分代碼如下。因此，信號經(jīng)過消抖去除干擾信號以后，必然產(chǎn)生延遲，延遲時(shí)間與系統(tǒng)晶振頻率以及計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)有關(guān)。

例如：設(shè)系統(tǒng)晶振為40MHz，消抖時(shí)間為4個(gè)CLK，一個(gè)脈沖時(shí)間為1/40M=25ns，所以信號延時(shí)為25*4=100ns，如圖1所示。

圖1 信號消抖示意圖

代碼示例：

（a）延時(shí)4clk

process (gclk,rst) --群信號消抖
begin
if rst='1' then
sig_out<='0';
elsif gclk'event and gclk = '1' then
sig_0 <= sig_in;
sig_1 <= sig_0;
sig_2 <= sig_1;
sig_3 <= sig_2;
if ((sig_3 = sig_2) and (sig_2 = sig_1) and (sig_1 = sig_0) and (sig_0 = sig_in)) then
sig_out <= sig_3;
end if;
end if;
end process;

復(fù)制代碼

仿真結(jié)果如圖2：

圖2消抖程序仿真圖

(b) 延時(shí)4ms

process (gclk)
begin
if rst='1' then
signal_out<='0';
psignal<='0';
ppsignal<='0';
signal_cnt<=0;
elsif (gclk='1') and (gclk'event) then
ppsignal <= psignal;
psignal <= signal_in;
if psignal /= ppsignal then
signal_cnt <= 0;
else
signal_cnt <= signal_cnt + 1;
if signal_cnt > 159999 then ------消抖時(shí)間為4ms------
--if signal_cnt > 99 then
signal_out <= psignal;
end if;
end if;
end if;
end process;

復(fù)制代碼

仿真結(jié)果；

圖3延時(shí)仿真圖

2、測試在不同主頻、分頻下邏輯處理上的不同，并分析。

分頻器是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的基本電路，根據(jù)不同設(shè)計(jì)的需要，我們會遇到偶數(shù)分頻、奇數(shù)分頻、半整數(shù)分頻等，有時(shí)要求等占空比，有時(shí)要求非等占空比。在同一個(gè)設(shè)計(jì)中有時(shí)要求多種形式的分頻。通常由計(jì)數(shù)器或計(jì)數(shù)器的級聯(lián)構(gòu)成各種形式的偶數(shù)分頻及非等占空比的奇數(shù)分頻，實(shí)現(xiàn)較為簡單。但對半整數(shù)分頻及等占空比的奇數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)較為困難。本文利用VHDL硬件描述語言，可設(shè)計(jì)了一種能夠滿足上述各種要求的較為通用的分頻器。

現(xiàn)通過設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)8.5分頻，等占空比的17分頻，2、4、8、16、32分頻，及占空比為1∶8和4∶5的9分頻等多種形式分頻的分頻器。分頻器由帶使能端的異或門、模N計(jì)數(shù)器和一個(gè)2分頻器組成，本設(shè)計(jì)用D觸發(fā)器來完成2分頻的功能，實(shí)現(xiàn)方法是：將觸發(fā)器的Q反輸出端反饋回輸入端D，將計(jì)數(shù)器的一個(gè)計(jì)數(shù)輸出端作為D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端。各功能模塊的VHDL語言實(shí)現(xiàn)如下。

1）.模N計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)

　　一般設(shè)計(jì)中用到計(jì)數(shù)器時(shí)，我們可以調(diào)用lpm庫中的計(jì)數(shù)器模塊，也可以采用VHDL語言自己設(shè)計(jì)一個(gè)模N計(jì)數(shù)器。本設(shè)計(jì)采用VHDL語言設(shè)計(jì)一個(gè)最大模值為16的計(jì)數(shù)器。輸入端口為：使能信號en，復(fù)位信號clr和時(shí)鐘信號clk;輸出端口為：qa、qb、qc、qd。其VHDL語言描述略。

　2）.帶使能控制的異或門的實(shí)現(xiàn)

　　輸入端為：xor_en：異或使能，a和b：異或輸入;輸出端為：c：異或輸出。當(dāng)xor_en為高電平時(shí)，c輸出a和b的異或值。當(dāng)xor_en為低電平時(shí)，c輸出信號b。其VHDL語言略。

3）.分頻(觸發(fā)器)的實(shí)現(xiàn)

　　輸入端為：時(shí)鐘信號clk，輸入信號d;輸出端為：q：輸出信號a，q1：輸出信號a反。其VHDL語言略。

以下是幾種分頻器的分析：

偶數(shù)分頻器

頻最易于實(shí)現(xiàn)，欲實(shí)現(xiàn)占空比為50%的偶數(shù)N分頻，一般來說有兩種方案：，分頻器的基礎(chǔ)是計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)分頻偶數(shù)分N/2-1時(shí)，將輸出電平進(jìn)行一次翻轉(zhuǎn)，同時(shí)給計(jì)數(shù)器一個(gè)復(fù)位信號，如此循環(huán)下去；二是當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為0到N/2-1時(shí)，時(shí)鐘輸出為0或1，計(jì)數(shù)器輸出為N/2到N-1時(shí)，時(shí)鐘輸出為0或1，計(jì)數(shù)器輸出為N/2到N-1時(shí)，時(shí)鐘輸出為0或1，計(jì)數(shù)器輸出為N-1時(shí)，復(fù)位計(jì)數(shù)器，如此循環(huán)下去。

圖4 偶數(shù)分頻仿真結(jié)果圖

圖 5 偶數(shù)分頻仿真結(jié)果圖

奇數(shù)分頻器

實(shí)現(xiàn)非50%占空比的奇數(shù)分頻，如占空比為20%、40%、60%、80%的5分頻器，可以采用類似偶數(shù)分頻的第二種方案；但如果實(shí)現(xiàn)占空比為50%的奇數(shù)分頻，就不能使用偶數(shù)分頻中所采用的方案了。

下面就以實(shí)現(xiàn)占空比40%的5分頻分頻器為例，說明非50%占空比的奇數(shù)分頻器的實(shí)現(xiàn)。該分頻器的實(shí)現(xiàn)對于我們實(shí)現(xiàn)50%占空比的分頻器有一定的借鑒意義。一下是奇數(shù)分頻仿真結(jié)果圖。

圖6 占空比為40%的5分頻仿真波形

半整數(shù)分頻器

僅僅采用數(shù)字分頻，不可能獲得占空比為50%的N+0.5分頻，我們只可以設(shè)計(jì)出占空比為(M+0.5)/(N+0.5)或者M(jìn)/(N+0.5)的分頻器，M小于N。這種半整數(shù)分頻方法是對輸入時(shí)鐘進(jìn)行操作，讓計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某一個(gè)數(shù)值時(shí)，將輸入時(shí)鐘電平進(jìn)行一次反轉(zhuǎn)，這樣，該計(jì)數(shù)值只保持了半個(gè)時(shí)鐘周期，因此實(shí)現(xiàn)半整數(shù)分頻。

如上所述，占空比為50%的奇數(shù)分頻可以幫助我們實(shí)現(xiàn)半整數(shù)分頻，將占空比為50%的奇數(shù)分頻與待分頻時(shí)鐘異或得到計(jì)數(shù)脈沖，下面的代碼就是依靠占空比為50%的5分頻實(shí)現(xiàn)2.5分頻器的。仿真結(jié)果如圖所示。

圖7 2.5分頻仿真波形

小數(shù)分頻器

小數(shù)分頻是通過可變分頻和多次平均的方法實(shí)現(xiàn)的。例如要實(shí)現(xiàn)4.7分頻，只要在10次分頻中，做7次5分頻，3次4分頻就可以得到。再如要實(shí)現(xiàn)5.67分頻，只要在100次分頻中，做67 6分頻，33次5分頻即可�？紤]到小數(shù)分頻器要進(jìn)行多次兩種頻率的分頻，必須設(shè)法將兩種分頻均勻。表1以2.7分頻為例，小數(shù)部分進(jìn)行累加，如果大于等于10，則進(jìn)行3分頻，如果小于10，進(jìn)行2分頻。

仿真波形如圖所示，我們可以清楚的看到2.7分頻的實(shí)現(xiàn)。按照占空比的定義，該分頻器的占空比應(yīng)為10/27。

圖8 2.7分頻仿真波形

分?jǐn)?shù)分頻器

將小數(shù)分頻的方法進(jìn)行擴(kuò)展，可以得到形如M*(L/N) 的分?jǐn)?shù)分頻的方法，例如，2*(7/13)等于分母的，進(jìn)行分頻，只要在13次分頻中，進(jìn)行7次3分頻，6次2分頻就可以得到。同樣，為了將兩種分頻均勻，將分子部分累加，小于分母的，進(jìn)行M分頻，大于(M+1)分頻。表2顯示了2*(7/13) 的分頻次序。

仿真波形如圖11所示。顯然，該分頻器的占空比為13/33。

圖9 33/13分頻器仿真波形

積分分頻器

積分分頻器用于實(shí)現(xiàn)形如的分頻，例如8/3分頻。我們當(dāng)然可以使用上面提到的分?jǐn)?shù)分頻的方法，但對于這種形式的分頻，使用積分分頻的方法綜合往往占用更少的FPGA資源。

積分分頻法基于下述原理：一個(gè)m位的二進(jìn)制數(shù)字每次累加N，假定累加x次累加值最低m位回到0，同時(shí)超過次，那么，當(dāng)前累加的數(shù)字應(yīng)該是；每越過一次，最高位變化 2 次，所以，累加 x 次，最高位變化 2y次，得到分頻的分頻器，例如，取m為4，N為3，當(dāng)累加16次時(shí)，累加值為48，最低m位變回到0，同時(shí)越過16三次，最高位變化6次，由此得到16/6=8/3分頻的分頻器。

分頻仿真結(jié)果如圖所示。

圖10 積分分頻仿真波形

3、寫出異步串行通信的發(fā)送與接收程序，并分析。

異步串行數(shù)據(jù)傳輸具有設(shè)計(jì)簡單、傳輸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其兩個(gè)主要參數(shù)是波特率和數(shù)據(jù)位格式。數(shù)據(jù)位格式又稱幀格式，一般包含一個(gè)起始位（邏輯0），一個(gè)終止位（邏輯1）以及校驗(yàn)位。在發(fā)送空閑時(shí)，總線一般處于邏輯1狀態(tài)。這樣當(dāng)接收端檢測到總線上由高到低的電平跳變，即認(rèn)為是數(shù)據(jù)開始傳輸。波特率是用來約定通信雙方的通信速率，一般通過對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻來實(shí)現(xiàn)，RS-232協(xié)議中，常用的波特率有115200、9600等，RS-422與RS-232原理基本相同，只是在傳輸線路上，為了抗干擾，采用了差分方式。

在FPGA應(yīng)用領(lǐng)域，串行數(shù)據(jù)傳輸一般采用422總線。通過對系統(tǒng)晶振分頻，得到對應(yīng)的波特率，比如對40MHz經(jīng)行4分頻，得到10MBit的傳輸速率。解碼端會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的波特率，對時(shí)鐘進(jìn)行分頻，每隔相等時(shí)間讀取總線上的一位數(shù)據(jù)。流程如下：在檢測到起始位低電平之后，接收端（即解碼端）每隔一位時(shí)間，采集總線上的電平，并寫入移位寄存器中，直到將一幀數(shù)據(jù)全部接收，然后判斷校驗(yàn)位，如果正確，則接收、編幀，否則，丟棄。

由于受溫度等因素的影響，晶振會產(chǎn)生誤差，串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，可能會受到干擾而產(chǎn)生毛刺。所以在一些對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度要求比較高的場合，就得考慮串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蒎e(cuò)能力。對于這種情況，第一種方法通常會采取對總線上的一位分別采集三次，比較得到的三個(gè)電平，進(jìn)而得到該位可信度更高的值，如圖2所示；第二種方法則會將電平的采集點(diǎn)放在每一位的靠近中間的位置，通過計(jì)算晶振的最大誤差，則可以計(jì)算出系統(tǒng)的最大容錯(cuò)能力。設(shè)晶振誤差5%，頻率為40MHz，1/40MHz=25ns,25*0.05=1.25ns,設(shè)波特率為4Mbit/s,所以對于40bit一幀的串行數(shù)據(jù)，累積誤差最大會有1.25*40*4*50%=100ns,而比特位寬只有100ns，所以有可能會發(fā)生錯(cuò)位。

圖11 多次采樣減小誤差示意圖

部分代碼如下

（a）422串行發(fā)送

process (pClock, pReset) --慣組信號源控制主進(jìn)程
begin
if pReset = '1' then
ch_ClearBusyFlag <= '1';
ch_tx <= '1';
ch_send_reg <= "0000000000000000000000000000000000000000";
ch_st <= 0;
ch_clock_fp <= 0;
elsif (pClock='1') and (pClock'event) then
if ch_st = 0 then --監(jiān)測有無數(shù)據(jù)發(fā)送
if (ch_s_busy_flag = '1') then
ch_send_reg <= ch_send_buf; --讀取要發(fā)送的數(shù)到寄存器
ch_ClearBusyFlag <= '0'; --置忙標(biāo)志清零
ch_bit_counter <= 0;
ch_clock_fp <= 0;
ch_st <= 1;
else
ch_st <= 0;
end if;
elsif ch_st = 1 then --串行發(fā)送
ch_clock_fp <= ch_clock_fp + 1; --0 - 57, 每位57個(gè)時(shí)鐘，共12位，1起始，1停止，2空閑
if ch_clock_fp = 1 then
ch_tx <= ch_send_reg(39 - ch_bit_counter);
elsif ch_clock_fp = 2 then
if ch_bit_counter = 39 then
ch_tx <= '1';
ch_st <= 0; --跳轉(zhuǎn)到監(jiān)測busy標(biāo)志，等待發(fā)送下一個(gè)數(shù)
else
ch_bit_counter <= ch_bit_counter + 1;
end if;
elsif ch_clock_fp = 3 then
if ch_bit_counter = 5 then
ch_ClearBusyFlag <= '1'; --忙標(biāo)志清零結(jié)束，4個(gè)clk，希望前一進(jìn)程不會監(jiān)測丟失
end if;
end if;
end if;
end if;
end process;

復(fù)制代碼

(b) 422串行接收
******************************************************************
--命令接收主控制進(jìn)程**異步接收，40位

process (gClock_160, g_reset) --flag=1 時(shí)，串并轉(zhuǎn)換完成，
begin
if g_reset = '1' then
flag <= '1';
elsif (gClock_160='1') and (gClock_160'event) then
if cnt = 180 then --161到180等待發(fā)送進(jìn)程取走send_buf中的數(shù)去發(fā)送
flag <= '1';
elsif rx = '0' then
flag <= '0';
end if;
end if;
end process;
process (gClock_160, g_reset) --160MHz采樣40Mbps，每個(gè)位采樣4個(gè)點(diǎn)，40個(gè)位cnt計(jì)數(shù)達(dá)到160
begin
if g_reset = '1' then
soft_reset <= '0';
cnt <= 0;
RcvBuf <= "0000000000000000000000000000000000000000";
tmp_data <= "0000000000000000000000000000000000000000";
REG_WR_PIPE_ADD <= "1111111111111111";
REG_ID <= "1111111100000001";
led_show<='1';
elsif (gClock_160='1') and (gClock_160'event) then
-- led_show<= not led_show;
if flag = '1' then
cnt <= 0;
verify <= '0';
elsif flag = '0' then
cnt <= cnt + 1;
end if;
if cnt = 1 then
tmp_data(0)<=rx;
elsif cnt = 5 or cnt = 9 or cnt = 13 or cnt = 17 or
cnt = 21 or cnt = 25 or cnt = 29 or cnt = 33 or cnt = 37 or cnt = 41 or cnt = 45 or cnt = 49 or cnt = 53 or cnt = 57 or cnt = 61 or cnt = 65 or cnt = 69 or cnt = 73 or cnt = 77 or cnt = 81 or cnt = 85 or cnt = 89 or cnt = 93 or cnt = 97 or cnt = 101 or cnt =105 or cnt =109 or cnt =113 or cnt = 117 or cnt =121 or cnt =125 or cnt =129 or cnt =133 or cnt = 137 or cnt = 141 or cnt = 145 or cnt = 149 or cnt = 153 or cnt = 157 then --先發(fā)高位
verify <= verify xor rx;
tmp_data(0)<=rx;
for I in 1 to 39 loop
tmp_data(I)<= tmp_data(I-1);
end loop;
elsif (cnt = 160) and (tmp_data(39) = '0') and (tmp_data(1) = '1') and (tmp_data(0) = '1') then --判斷起始停止位
RcvBuf <= tmp_data;
wr_ch_add <= CONV_INTEGER(REG_WR_PIPE_ADD(2 downto 0));
FCA <= CONV_INTEGER(tmp_data(36 downto 29));
CA <= CONV_INTEGER(tmp_data(31 downto 29));
RW <= tmp_data(28);
RA <= CONV_INTEGER(tmp_data(27 downto 21));
CMD <= tmp_data(20 downto 5);
elsif (cnt = 161) and (verify = '0') and (RcvBuf(38) = not RcvBuf(4)) and (RcvBuf(37) = not RcvBuf(3)) then
---------------------■■■■接收數(shù)據(jù)測試用后刪除-----------
RcvFlag_change <= not RcvFlag_change;
RcvFlag <= RcvFlag_change; --接收數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)
testch <= tmp_data(31 downto 29); --接收數(shù)據(jù)通道顯示
---------------------■■■■------------------------------
led_show<= not led_show;
if RcvBuf(38) = '0' then --數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)發(fā)對應(yīng)管道
if (CONV_INTEGER(REG_WR_PIPE_ADD) < 16) and (REG_WR_CH_BUSY(wr_ch_add) = '0') then
send_buf(wr_ch_add) <= RcvBuf;
REG_WR_CH_BUSY(wr_ch_add) <= '1'; --相應(yīng)通道置忙，不允許再寫入
end if;
elsif RcvBuf(38 downto 37) = "11" then
--解析命令
if FCA /= 255 then --發(fā)送給16個(gè)通道的命令
if (CA < 16) and (REG_WR_CH_BUSY(CA) = '0') then --如果忙，將丟失此包，否則送給某個(gè)端口
send_buf(CA) <= RcvBuf;
REG_WR_CH_BUSY(CA) <= '1'; --置忙，不允許再寫入，
end if;
else --發(fā)送給背板本身的命令
if RW = '1' then
case RA is
--when 0 =>
when 1 => --立即執(zhí)行
if CMD="0000000011000000" then --reset
soft_reset <= '1';
end if;
when 2 =>
REG_WR_PIPE_ADD <= CMD;
when 3 =>
REG_RD_PIPE_ADD <= CMD;
when others =>
if (port_busy = '0') then
port_send_buf <= "010111111111" & RcvBuf(27 downto 21) & "111100000000111101011"; --失敗
port_busy <= '1';
end if;
end case;
else
case RA is
when 0 => -- read id
if (port_busy = '0') then
port_send_buf <= "0101111111100000000" & REG_ID & "01011";
port_busy <= '1';
end if;
--when 1 =>
when 2 =>
if (port_busy = '0') then
port_send_buf <= "0101111111100000010" & REG_WR_PIPE_ADD & "01011";
port_busy <= '1';
end if;
when 3 =>
if (port_busy = '0') then
port_send_buf <= "0101111111100000011" & REG_RD_PIPE_ADD & "01011";
port_busy <= '1';
end if;
when 4 =>
if (port_busy = '0') then
port_send_buf <= "0101111111100000100" & REG_WR_CH_BUSY & "01011";
port_busy <= '1';
end if;
when others =>
if (port_busy = '0') then
port_send_buf <= "010111111110" & RcvBuf(27 downto 21) & "111101010000101001011"; --失敗
port_busy <= '1';
end if;
end case;
end if;
end if;
--解析命令完成*****************************************************************
end if;
elsif cnt < 160 then
REG_WR_CH_BUSY <= REG_WR_CH_BUSY and ("00000000" & ClearSndFlag_16ch); --清除16個(gè)通道忙標(biāo)志
port_busy <= port_busy and port_ClearBusyFlag; --清除主通道忙標(biāo)志
end if;
end if;
end process;

復(fù)制代碼

仿真結(jié)果：

圖12異步串行通信的發(fā)送與接收

4、寫出PCM通信的發(fā)送與接收程序，并分析。

PCM脈沖編碼調(diào)制是將模擬信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號的編碼過程。在無線遙測系統(tǒng)中，遙測采編器對多路模擬信號通過特定的順序（幀結(jié)構(gòu)）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣，然后再將采得的PCM碼并串轉(zhuǎn)換，串行送至無線發(fā)射機(jī)發(fā)射。地面站通過無線接收機(jī)接收。解碼后的PCM碼是一個(gè)由二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成的串行序列。地面接收設(shè)備的主要任務(wù)是將串行PCM碼中的數(shù)據(jù)解調(diào)出來，這就需要根據(jù)PCM碼流中特定的同步碼確定數(shù)據(jù)的起始位，在位信號變化時(shí)的上升沿（或下降沿）把PCM碼流的位同步信號分離出來，再通過串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換把數(shù)據(jù)并行輸出。

PCM碼的串并轉(zhuǎn)換分為三步，第一步是提取同步信號，第二步是提取幀同步信號，第三步是根據(jù)已得到的位同步和幀同步完成字同步和串并轉(zhuǎn)換。

PCM碼在發(fā)送以及接收（解碼）過程中，都會用幀同步和碼同步對PCM碼進(jìn)行同步，有些還會用到路同步信號，如圖13所示。一般是PCM碼接收端發(fā)送同步信號（即幀同步、碼同步和路同步）。PCM碼發(fā)送端根據(jù)接收到的同步信號輸出PCM碼，比如在碼同步的上升沿或者下降沿給出數(shù)據(jù)，接收端則根據(jù)自己發(fā)出的同步信號接收PCM碼。在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程中，考慮到信號的延時(shí)，一般發(fā)送端在碼同步上升沿給出PCM數(shù)據(jù)，接收端在碼同步下降沿讀取PCM數(shù)據(jù)，而幀同步一般用作幀復(fù)位，路同步用作字節(jié)復(fù)位，如圖14所示。

接收端接收到PCM數(shù)據(jù)后，一般要經(jīng)過編幀，加上幀頭、幀尾以及幀計(jì)數(shù)，然后上傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)則將數(shù)據(jù)解包，提取出有用的信息。

圖13 PCM碼接收發(fā)送過程中的信號示意圖

圖14 同步信號示意圖

部分參考代碼：

（a）幀同步、路同步、碼同步信號的產(chǎn)生

process(gclk, rst)------ 分頻得到碼同步時(shí)鐘，3.05008us x 2=6.10016us ,要求是6.1035us
begin
if rst = '1' then
gclk_cnt<=0;
gclk_3us<='0';
elsif gclk'event and gclk = '1' then
if gclk_cnt>=60 then
gclk_cnt<=0;
gclk_3us<= not gclk_3us;
else
gclk_cnt<=gclk_cnt+1;
end if;
end if;
end process;
process(gclk_3us, rst) ----幀同步、碼同步、路同步信號產(chǎn)生
begin
if rst='1' then
f_ztb<='0';
f_ltb<='1';
f_mtb<='0';
cnt2<=0;
cnt1<=0;
pcm_state<=pst0;
elsif gclk_3us='1' and gclk_3us'event then ----時(shí)鐘頻率為1/2碼同步
case pcm_state is
when pst0=> ----ztb上升沿與mtb下降沿對齊，路同步延遲一個(gè)周期后，開始發(fā)送碼同步
f_ztb<='1';
f_ltb<='0';
if cnt1=4 then
cnt1<=0;
pcm_state<=pst1;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst0;
end if;
when pst1=>
f_ztb<='0';
if cnt1=2 then
pcm_state<=pst2;
cnt1<=0;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst1;
end if;
when pst2=>
f_ltb<='1';
if cnt1=7 then
pcm_state<=pst3;
cnt1<=0;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst2;
end if;
when pst3=>
f_ltb<='0';
f_mtb<='1'; -------1
pcm_state<=pst4;
when pst4=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst5;
when pst5=>
f_mtb<='1'; -------2
pcm_state<=pst6;
when pst6=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst7;
when pst7=>
f_mtb<='1'; -------3
pcm_state<=pst8;
when pst8=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst9;
when pst9=>
f_mtb<='1'; ------4
pcm_state<=pst10;
when pst10=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst11;
when pst11=>
f_ltb<='1';
f_mtb<='1'; ------5
pcm_state<=pst12;
when pst12=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst13;
when pst13=>
f_mtb<='1'; ------6
pcm_state<=pst14;
when pst14=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst15;
when pst15=>
f_mtb<='1'; ------7
pcm_state<=pst16;
when pst16=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst17;
when pst17=>
f_mtb<='1'; ------8
pcm_state<=pst18;
when pst18=>
f_mtb<='0';
pcm_state<=pst19;
when pst19=> --------f_mtb保持低，再產(chǎn)生3個(gè)周期的f_ltb
f_ltb<='0'; ----------第2個(gè)f_ltb
if cnt1=7 then
cnt1<=0;
pcm_state<=pst20;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst19;
end if;
when pst20=>
f_ltb<='1';
if cnt1=7 then
cnt1<=0;
pcm_state<=pst21;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst20;
end if;
when pst21=>
f_ltb<='0'; -------第3個(gè)f_ltb
if cnt1=7 then
cnt1<=0;
pcm_state<=pst22;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst21;
end if;
when pst22=>
f_ltb<='1';
if cnt1=7 then
cnt1<=0;
if cnt2=127 then ------循環(huán)128次，產(chǎn)生128路f_mtb
cnt2<=0;
pcm_state<=pst0;
else
cnt2<=cnt2+1;
pcm_state<=pst23;
end if;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst22;
end if;
when pst23=>
f_ltb<='0'; --------第4個(gè)f_ltb
if cnt1=7 then
cnt1<=0;
pcm_state<=pst24;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst23;
end if;
when pst24=>
f_ltb<='1';
if cnt1=7 then
cnt1<=0;
pcm_state<=pst3;
else
cnt1<=cnt1+1;
pcm_state<=pst24;
end if;
when others =>
pcm_state<=pst0;
end case;
end if;
end process;

復(fù)制代碼

(b) PCM碼接收

process (f_mtb, rst, f_ztb)
begin
if rst = '1' or f_ztb='1' then
q_state<=q0;
f_data<="00000000";
f_flag<='0';
elsif f_mtb'event and f_mtb = '0' and f_ztb='0' then
case q_state is
when q0 =>
f_data(7)<=not qun_afxd;
f_flag<='0';
q_state<=q1;
when q1 =>
f_data(6)<=not qun_afxd;
q_state<=q2;
when q2 =>
f_data(5)<=not qun_afxd;
q_state<=q3;
when q3 =>
f_data(4)<=not qun_afxd;
q_state<=q4;
when q4 =>
f_data(3)<=not qun_afxd;
q_state<=q5;
when q5 =>
f_data(2)<=not qun_afxd;
q_state<=q6;
when q6 =>
f_data(1)<=not qun_afxd;
q_state<=q7;
when q7 =>
f_data(0)<=not qun_afxd;
f_flag<='1';
q_state<=q0;
when others =>
q_state<=q0;
end case;
end if;
end process ;

復(fù)制代碼

(c) PCM碼編幀

process (gclk, rst) ---數(shù)據(jù)編幀，128 Byte群信號 + 2Byte轉(zhuǎn)發(fā)信號（前11位，后5位為0） + 2Byte幀計(jì)數(shù) + 2Byte幀標(biāo)志
begin
if rst = '1' then
fifo_data <= "00000000";
b_state<=b0;
z_cnt<=X"0000";
cnt3<=0;
f_flag_tmp<='0';
elsif gclk'event and gclk = '1' then
case b_state is
when b0=>
f_flag_tmp<=f_flag;
if f_flag_tmp='0' and f_flag='1' then
b_state<=b1;
else
b_state<=b0;
end if;
when b1=>
fifo_data<=f_data;
fifo_wr<='0';
b_state<=b2;
when b2 =>
if cnt4=10 then
cnt4<=0;
b_state<=b3;
else
cnt4<=cnt4+1;
b_state<=b2;
end if;
when b3=>
fifo_wr<='1';
b_state<=b41;
when b41=>
if cnt3=127 then
cnt3<=0;
b_state<=b4;
else
cnt3<=cnt3+1;
b_state<=b0;
end if;
when b4 =>
fifo_data<= not zf1out & not zf2out & not zf3out & zf4out & zf5out & zf6out & zf7out & zf8out; --前8路轉(zhuǎn)發(fā)信號
fifo_wr<='0'; --前3路轉(zhuǎn)發(fā)信號正端輸入負(fù)端接地，由于通過管夠接收，所以要取反
b_state<=b5; --后8路信號負(fù)端輸入正端接5V，所以不需要取反
when b5 =>
if cnt4=200 then
cnt4<=0;
b_state<=b6;
else
cnt4<=cnt4+1;
b_state<=b5;
end if;
when b6 =>
fifo_wr<='1';
b_state<=b7;
when b7=>
b_state<=b8;
when b8=>
fifo_data<= zf9out & zf10out & zf11out & "00000" ; --后3路轉(zhuǎn)發(fā)信號
fifo_wr<='0';
b_state<=b9;
when b9 =>
if cnt4=200 then
cnt4<=0;
b_state<=b10;
else
cnt4<=cnt4+1;
b_state<=b9;
end if;
when b10 =>
fifo_wr<='1';
b_state<=b11;
when b11=>
b_state<=b12;
when b12=>
fifo_data<= z_cnt(15 downto 8) ; --幀計(jì)數(shù)高字節(jié)
fifo_wr<='0';
b_state<=b13;
when b13 =>
if cnt4=200 then
cnt4<=0;
b_state<=b14;
else
cnt4<=cnt4+1;
b_state<=b13;
end if;
when b14 =>
fifo_wr<='1';
b_state<=b15;
when b15=>
b_state<=b16;
when b16=>
fifo_data<= z_cnt(7 downto 0) ;
fifo_wr<='0'; --幀計(jì)數(shù)低字節(jié)
b_state<=b17;
when b17 =>
if cnt4=200 then
cnt4<=0;
b_state<=b18;
else
cnt4<=cnt4+1;
b_state<=b17;
end if;
when b18 =>
fifo_wr<='1';
z_cnt<=z_cnt+1;
b_state<=b19;
when b19=>
b_state<=b20;
when b20=>
fifo_data<= X"EB" ; --幀結(jié)束標(biāo)志
fifo_wr<='0';
b_state<=b21;
when b21=>
if cnt4=200 then
cnt4<=0;
b_state<=b22;
else
cnt4<=cnt4+1;
b_state<=b21;
end if;
when b22=>
fifo_wr<='1';
b_state<=b23;
when b23=>
b_state<=b24;
when b24=> --幀結(jié)束標(biāo)志
fifo_data<= X"90" ;
fifo_wr<='0';
b_state<=b25;
when b25 =>
if cnt4=200 then
cnt4<=0;
b_state<=b26;
else
cnt4<=cnt4+1;
b_state<=b25;
end if;
when b26 =>
fifo_wr<='1';
b_state<=b27;
when b27=>
b_state<=b0;
when others =>
b_state<=b0;
end case;
end if;
end process;