使用CPLD实现GPIB控制器的设计与实现

"基于CPLD的GPIB控制器设计与实现" 本文主要探讨了如何使用ALTERA公司的CPLD（复杂可编程逻辑器件）来构建一个经济高效的GPIB（通用接口总线）控制器，该控制器是自动测试系统的关键组成部分。GPIB总线在测试仪器领域广泛应用，而市场上现有的GPIB控制芯片往往价格昂贵且功能过剩。通过CPLD实现GPIB接口，可以定制化满足听、讲、串查的基本需求，降低成本并提升设计的灵活性。 1.1 CPLD实现GPIB控制芯片的意义 采用CPLD设计GPIB控制器的主要目的是解决市面上GPIB控制芯片购买困难和价格高昂的问题。通过CPLD，可以针对性地实现测试仪器所需的最基本功能，避免不必要的资源浪费，同时增加了产品的竞争力，因为具备自主知识产权。 1.2 GPIB控制芯片详解 GPIB（HPIB）是一个24针并行总线系统，由16条信号线和8条地线构成。8条数据线（DIO1-DIO8）负责传输命令、地址和数据，5条控制线（ATN、IFC、REN、SRQ、EOI）管理信息流，3条握手线（DAV、NRFD、NDAC）确保数据传输的准确性。GPIB接口定义了10种不同的功能，以支持不同类型的设备交互。 1.3 设计工具与芯片选择 开发过程中选择了ALTERA公司的MAXplusⅡ10.0作为设计工具，它提供原理图输入和硬件描述语言（如VHDL）的文本输入，并具备完整的开发流程，包括编译、仿真、综合和编程等。ALTERA的MAX3000A系列CPLD以其高速度、大容量和高性价比而被选用，具体型号为EPM3256ATC144-10，拥有256个宏单元和144个引脚，其中116个引脚可自定义，4.5ns的延迟满足了GPIB控制器的需求。 2. GPIB控制器的硬件设计 GPIB控制器硬件设计主要包括三个关键部分： - 状态机的实现：状态机控制整个通信过程，根据GPIB协议的不同状态执行相应的操作，如初始化、命令发送、数据接收等。 - 数据通道设计：这部分负责数据的传输，包括数据线的驱动和接收，以及与握手线的配合，确保数据的正确传输。 - 微处理接口设计：此接口允许控制器与上位机（如单片机）通信，接收指令并反馈状态信息，实现用户对GPIB总线的控制。 每个模块的详细设计都涉及到了对GPIB协议的理解和CPLD逻辑设计的技术。通过VHDL等硬件描述语言，可以清晰地描述各模块的逻辑行为，并在MAXplusⅡ中进行仿真验证和编程实现。 基于CPLD的GPIB控制器设计是一种创新的方法，它使得测试系统开发者能够以更低的成本和更高的灵活性实现GPIB接口，满足特定的测试应用需求。