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公司的低成本复杂可编程逻辑器件（CPLD）EPM3256ATC144-10来构建GPIB（通用接口总线，General Purpose Interface Bus）控制器，以此解决市场上GPIB控制芯片昂贵且难以获取的问题。GPIB在自动测试系统中扮演着关键角色，但通常只需要听、讲、串查等基础功能，而非全部接口能力。因此，采用CPLD来定制化这些功能，既能降低成本，又能提升系统灵活性。 GPIB总线是一种24针并行总线，由16条信号线和8条地线构成。其中，8条数据线传输命令、地址和数据，5条控制线包括ATN、IFC、REN、SRQ和EOI，用于信息流的管理，而3条握手线DAV、NRFD和NDAC则确保数据传输的准确性。GPIB标准定义了10种接口功能，以满足不同设备间的通信需求。 在设计过程中，选择了ALTERA的MAXplusⅡ10.0作为开发工具，它提供了原理图输入和硬件描述语言文本输入功能，并集成了编辑、编译、仿真、综合和编程等一站式服务。EPM3256ATC144-10芯片因其高速、大容量和性价比高而被选为CPLD核心，其144个管脚中有116个可自定义，4.5ns的传输延时足以满足GPIB控制器的需求。 GPIB控制器的硬件设计主要包括三个主要部分：状态机、数据通道和微处理接口。状态机负责控制整个通信过程，按照预定义的流程执行GPIB协议；数据通道处理数据的收发，确保数据在正确的时间通过8条数据线传输；微处理接口则连接到微处理器，允许控制器与上层系统进行交互，接收指令和传递结果。 在状态机的设计中，需要考虑GPIB协议的各种状态，如初始化、监听、发送、接收等，并通过精心设计的状态转换逻辑来确保协议的正确执行。数据通道的设计涉及缓冲区管理和数据同步，以防止数据丢失或错误。微处理接口则通常采用SPI或UART等串行通信协议，与主处理器进行高效的数据交换。 在实施阶段，首先需要对CPLD进行编程，将状态机逻辑、数据通道逻辑和微处理接口逻辑映射到CPLD的宏单元中。然后，通过MAXplusⅡ的仿真功能验证设计的正确性，确保在实际操作中能够按预期工作。最后，将验证无误的配置数据烧录到CPLD中，完成硬件构建。 总结来说，基于CPLD的GPIB控制器设计实现了GPIB接口的基础功能，降低了系统成本，同时提供了自定义的灵活性。这种方法为自动测试系统提供了一种经济有效的解决方案，对于那些只需要基本GPIB功能的设备尤其适用。通过深入理解GPIB协议和CPLD的特性，可以设计出满足特定需求的高效控制器。