用CPLD实现串行通信时的波特率自动侦测

### 使用CPLD实现串行通信中的波特率自动侦测 #### 一、引言 在现代电子设备中，串行通信技术被广泛应用，尤其是在远程设备控制与监测领域。传统的串行通信通常依赖于通用异步收发传输器(UART)来实现数据传输功能。然而，在某些应用场景下，例如多串口设备或者需要加密通信的情况下，使用完整的UART可能并不合适。此外，随着电子产品的发展，越来越多的设备配备了串行接口，用于软件升级或自我诊断等功能。这些设备的串行通信波特率设置通常通过硬件拨码开关来完成，但对于复杂的设备来说，这种方法难以管理和维护。因此，本文提出了一种利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现串行通信中波特率自动侦测的方法。 #### 二、系统设计 ##### 2.1 系统介绍 本系统的数据接收模块由多个子模块构成，包括波特率发生基准时钟、开始位下降沿检测、接收控制、串并转换器、锁存器以及缓冲器等。为了实现波特率的自动侦测，系统设计了波特率发生基准时钟模块，该模块能够以16倍于目标波特率的速度运行，确保数据的准确接收与处理。 - **波特率发生基准时钟**：提供精确的采样频率，确保数据接收的准确性。 - **开始位下降沿检测**：用于检测接收信号中的起始位，启动数据接收流程。 - **接收控制**：负责控制整个数据接收过程，包括数据的采样与位计数等。 - **串并转换器**：将接收到的串行数据转换成并行数据，以便后续处理。 - **锁存器**：用于存储接收到的数据。 - **缓冲器**：提供必要的信号隔离与驱动能力，确保数据传输的质量。 ##### 2.2 波特率自动侦测原理 波特率自动侦测的核心在于识别特定的测试字符，并从中提取出波特率信息。本方案采用回车键(ASCII码值为0x0D，二进制表示为00001101)作为测试字符。因为大多数程序中的命令都是以回车键来结束的，这使得回车键成为一种理想的测试字符。在异步传输模式下，数据的传输遵循高电平代表‘1’、低电平代表‘0’的原则。对于10位数据格式(1个起始位、8位数据位、1个停止位)，回车键的传输格式为： ``` 开始位 停止位 LSB MSB 0 1 1 0 0 0 0 1 0 ``` 根据上述格式，可以通过测量开始位与数据位最低位之间的传输时间来计算出波特率。具体而言，由于每个比特的传输时间等于波特率的倒数，通过测量这两个点之间的时间差，即可推算出实际的波特率。 #### 三、设计细节 ##### 3.1 串行数据接收采样 为了准确地接收数据，系统以16倍于目标波特率的速度进行采样。当检测到开始位的下降沿时，系统开始对数据进行采样。采样的数据包括每个比特的第6、7、8个状态，通过比较这三个状态中至少有两个相同的状态来确定最终的采样结果，以此提高抗干扰能力。 ##### 3.2 串行数据接收控制 如果开始位的采样结果不为0，则认为接收出错，此时串行接收控制器的位计数器会被复位。在波特率自动侦测完成之前，当接收到一定数量的位后(根据自动侦测原理所需位数而定)，系统会输出接收到的数据，并复位位计数器，等待正式数据传输的开始。一旦确定了波特率，系统将按照标准的8N1格式(1个起始位、8位数据、1个停止位、无校验位)进行数据接收，每当接收完10位数据后输出，并复位位计数器，准备接收下一个数据包。 #### 四、结论 通过上述方法，可以有效地实现基于CPLD的串行通信波特率自动侦测。这种方法不仅简化了设备配置过程，还提高了系统的灵活性和可靠性。未来的研究方向可以进一步优化算法，提高波特率侦测的精度，并扩展支持更多的波特率范围，以适应更多种类的应用场景。