数据合并转换器电路的工作原理分析及如何采用EPM7128芯片实现

数据交换机的传送速率很高，当其和串行口通信时，在发送前把数据分为两部分分别发送到串行口，然后经过数据合并转换器把各个串行口的数据合并在一起并转换成PCM流。本文介绍了基于CPLD芯片EPM7128设计的数据合并转换器。

1 、数据合并转换器硬件电路

1.1 主要硬件简介

EPM7128是可编程的大规模逻辑器件，为ALTERA公司的MAX7000系列产品，具有高阻抗、电可擦等特点，可用门单元为2500个，管脚间最大延迟为5ns，工作电压为+5V。

IDT7205为FIFO型异步读写的存储器芯片，容量为8192×9比特，存取时间为12ns，有空、半满、满三个标志位，最大功耗为660mW，工作电压为+5V。

MSM486DX属于PC104嵌入式系统的5X86系列，为AMD-133MHz CPU，具有COM1、COM2两个串口，一个LPT并口，一个FLOPPY接口，一个IDE接口，一个VGA/LCD接口，一个AT-KEYBOARD 接口，16个中断，额定功率为8W，工作电压为+5V。

1.2 数据合并转换器电路框图

可编程的数据合并转换器电路框图如图1所示。图中，DB为数据总线，AB为地址总线，R和W分别为读写信号线，INT5、INT7、INT10和INT11为四个中断，CS1、CS2和CS3是在CPLD内部生成的地址译码器Addr-encoder分别送给分频器、两个串行口的片选信号，ORG是晶振送给分频器的振荡脉冲，CLK 是分频器输出的脉冲FRAMECLK和PCMCLK，WFIFO、RFIFO是由CPLD生成的包含地址信息的访问FIFO的读写脉冲， DATA_IN1和DATA_IN2为串行口输入数据，PCM_DATA是数据合并转换器输出的PCM流，PCMCLKA为输出的码同步时钟，WORLDCLKA为输出的字同步时钟。

1.3 电路工作分析

晶振把时钟脉冲送给分频器，分频器含有两个可编程的定时器。分频器把可控的FRAMECLK和PCMCLK送给CPLD，在CPLD内部经过逻辑组合形成三路脉冲信号，一路控制计数器形成INT5、INT7两个帧频中断触发脉冲，CPU接到中断后立即写FIFO；另一路控制移位寄存器把并行数据转换成串行数据PCM流；第三路形成RFIFO去连续读FIFO。两个串行口通过中断方式（INT10、INT11）接收到外部数据后，暂存缓冲区内，按一定格式由中断INT5控制写给FIFO。

2 、CPLD内部逻辑电路

CPLD内部逻辑电路如图2所示。图中，虚线框内为CPLD内部电路，虚线框外为CPLD的I/O口。

2.1 地址译码器

地址译码器Addr-encoder用VHDL语言生成。Addr-encoder的输出有总线驱动器芯片74245的使能脉冲ENB，总线传输方向的使能脉冲DIR，写FIFO操作脉冲ＷFIFO，分频器和串行口的片选CS1、CS2和CS3，FIFO数据空满标志脉冲RFIFOFLAG，FIFO复位时钟脉冲WCTRL。

2.2 数据移位部分

FRAMECLK周期是PCMCLK 的8倍，它们都是分频器送来的脉冲。FRAMECLK反相后作为FIFO的读信号，两次反相后作为字同步时钟。PCMCLK直接作为移位寄存器74165的时钟触发脉冲，两者与非后的输出低电平作为74165重装载数据的触发电平。它们的信号时序如图3所示。

从三者的时序图可知，每当一个字节的最后一位完成移位后，在FRAMECLK脉冲反相的下降沿触发下读取FIFO数据，这时74165的装载使能74165STD恰好为低电平（与非结果），完成新数据装载，然后在PCMCLK脉冲的上升沿作用下开始新一轮次的数据移位。

2.3 帧长计数器部分

两个74161设计成1/64的分频器，也叫帧长计数器，此计数器的时钟为FRAMECLK，计数器的输出最高两位逻辑与为中断INT7，把与门输出与次高位逻辑异或为中断INT5。这样，INT7比INT5在时序上早半个周期。开机复位后，INT7脉冲首先产生，触发中断，CPU中断后在服务程序中把64个字节数据写到FIFO，然后屏蔽中断INT7，半个周期后，FIFO中还剩32个字节数据（因为FIFO的读脉冲和FRAMECLK反相同频）。然后中断INT5到来，CPU响应后，再写64个字节数据给FIFO，使FIFO中一直保持有数据的状态（可避免读FIFO正好落在两个写FIFO之间，FIFO因无数据而读死）。这样，每当中断INT5到来，都写64字节给FIFO，周而复始，所以把64字节定为帧长。

设PCMCLK的频率为f（MHz），则FRAMECLK的频率为f/8，由于帧长为64，所以有：帧频=f/（8×64），PCM流速率=f（bit/s）。分频器的分频比是通过软件设定的，所以PCM流的速率可编程。

3 、软件设计

分频器编程：

outp（0x303，0x36）：//方式3，方波。//

outp（0x300，0x50）;//timer0，分频比为80。//

outp（0x300，0x00）;

outp（0x303，0x74）;//方式2，脉冲。//

outp（0x301，0x08）;//timer1，分频比为8。//

outp（0x301，0x00）

数据合并：

if（（com1_count%24）==0） ;//串行口1的24字节数据放在

数组Frame的4~27的位置。//

{

com_buf1［com1_count++］=db1;

//串行口1接收数据//

int Original_Counter

Original_Counter=com1_count/24

memcpy（Frame［Original_Counter-1］+4，&com_buf1［com1_count-24］，24）;

if（（com2_count%24）==0） ;//串行口2的24字节数据放在

数组Frame的28~51的位置。//

{

com_buf2［com2_count++］=db2

;//串行口2接收数据//

int Original_Counter;

Original_Counter=com2_count/24;

Memcpy（Frame［Original_Counter-1］+28，&com_

Buf2［com2_count-24］，24） ;//合并后的数据放在Frame

 数组中。//

写FIFO：

void Send_To_Fifo（int number）; //Send_To_Fifo函数为中断

服务程序的一部分。//

{

for int i=0;i《64;i++）

outp（WFIFO Frame［number］［i］; //数组送给FIFO，

实现数据合并//

}

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