基于fpga的rs485通信接口设计论文

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1、基于FPGA的RS485通信接口设计毕业论文目录第一章概述2１、ＤＣＳ　概述3２、RS485通信协议介绍3３、课题研究内容5第二章课题开发环境5１、WinCE6.0概述52、ＦＰＧＡ概述73、QuartusⅡ的介绍84、AltiumDesigner概述95、VHDL设计语言96、PC3250介绍11第三章总体结构设计121、DCS控制器软件部分12２、DCS控制器硬件部分133、DCS通信需求15４、远端I/O模块通信需求16第四章基于FPGA的RS485电路硬件设计17１、RS485驱动芯片选型17２、F

2、PGA器件接口设计17３、CPU接口设计24第五章RS485通信接口软件设计251、FPGA通信协议及寄存器设计25２、FPGA端发送流程29３、FPGA端接收流程30４、LPC3250驱动程序设计31（１）IO驱动程序设计31（２）中断驱动程序设计33第六章实验39１、FPGA收发数据测试39２、FPGA中断测试41３、实验结论41参考文献4238第页（共39页）38第页（共39页）第一章概述１、ＤＣＳ　概述DCS是分布式控制系统，是一种分布结构的控制系统。由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时

3、又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，通过高速数据通道，各回路之间和上下级之间交换信息。在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中。DCS的发展体现在：系统的功能从低层逐步向高层扩展；系统的控制功能由单一回路控制发展到综合了程序控制、配方控制、批量控制、顺序控制及逻辑控制等混合控制功能；构成系统的产品改变为开放的市场采购产品；开放的趋势使第三方产品更加容易集成到系统中来；开放性带来的系

4、统趋同化迫使DCS厂家向高层、与生产工艺结合紧密的高级控制功能发展；数字化的发展向现场延伸，发展成为更智能化、更分散化的控制系统。第四代DCS基本上实现了全场实时控制，SCADA监控和MES的绝大部分功能。现在，计算机技术、微电子技术及管理信息技术等高速发展，促使第四代DCS的形成及发展。比如：通信技术的高速发展使整个工厂的信息实时准确地交换变成现实；各种管理信息系统的发展为DCS实现管理化功能提供了技术基础；现场总线技术与产品的成熟促进了DCS系统的集成化；PLC技术的发展与功能丰富激励了DCS的功能拓展

5、。２、RS485通信协议介绍为了弥补RS-232通信速率低、距离短等缺点，开发出了RS485通信。只规定了平衡发送器和接收器的电特性作为RS-485标准，没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。RS-485数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，分别将两线定义为A和B，如图1.1所示。图1.1RS485发送器示意图38第页（共39页）通常情况下，发送发送器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态；负电平在-2～-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。在RS-485器件中，一

6、般还有一个“使能”控制信号。“使能”信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接，当“使能”端起作用时，发送发送器处于高阻状态，称作“第三态”，它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。对于接收发送器，也作出与发送发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当在接收端A-B之间有大于+200mV的电平时，输出为正逻辑电平；小于-200mV时，输出为负逻辑电平。在接收发送器的接收平衡线上，电平范围通常在200mV至6V之间。参见图1.2所示。图1.2RS485接收器示意图定义逻辑1（正逻辑

7、电平）为B＞A的状态，逻辑0（负逻辑电平）为A＞B的状态，A、B之间的压差不小于200mV。RS-485标准的最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps。通常，RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，速度越高使用的双绞线长度越短。在20kbps速率以下，使用的双绞线长度才能最长。RS-485网络采用直线拓朴结构，需要2个终端电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般取值为120Ω）。在短距离、或低波特率波数据传输时可不需终端匹配电阻。终端匹配电阻并联在RS

8、-485传输网络的两个端点A-B引脚之间。RS-485标准被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台且控制方便、成本低廉。３、课题研究内容38第页（共39页）本次设计任务旨在设计一种基于FPGA的RS485通信接口电路，以及与LPC3250之间的接口硬件设计与驱动程序设计工作，其中RS485需具有两路独立通道以实现冗余功能，并同时具有FIFO管理，与LPC3250