毕业设计（论文）-基于FPGA的RS485通信接口设计.doc

毕业设计说明书
设计题目:基于FPGA的RS485通信
接口设计
院(系)
专业年级
学生姓名学号
指导教师职称
设计地点
日期
目录
第一章概述 2
1、DCS 概述 3
2、RS485通信协议介绍 3
3、课题研究内容 5
第二章课题开发环境 5
1、 5
2、FPGA概述 7
3、QuartusⅡ的介绍 8
4 、Altium Designer概述 9
5、VHDL设计语言 9
6、PC3250介绍 11
第三章总体结构设计 12
1、DCS控制器软件部分 12
2、DCS控制器硬件部分 13
3、DCS通信需求 15
4、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 17
1、RS485驱动芯片选型 17
2、FPGA器件接口设计 17
3、CPU接口设计 24
第五章 RS485通信接口软件设计 25
1、FPGA通信协议及寄存器设计 25
2、FPGA端发送流程 29
3、FPGA端接收流程 30
4、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 39
1、FPGA收发数据测试 39
2、FPGA中断测试 41
3、实验结论 41
参考文献 42
摘要:本次设计主要是完成基于FPGA的RS485通信模块设计,以及与LPC3250之间的接口硬件设计与驱动程序设计工作,时RS485需要具有两路独立通道以实现冗余功能,并同时具有FIFO管理,与LPC2350之间要能够以中断方式接收数据,并实现校验等功能。通过RS485对数据进行接收和发送,并且设计了两条RS485的通道可以实现冗余,当一路RS485通信损坏后,系统将启动另一路RS485。RS485由MAX3088驱动,其能够进行远距离数据传输且速度高;RS485接收到采集的数据之后,将数据传送给FPGA芯片,并由FIFO管理数据,而FPGA对于CPU处理数据来说,是一个外部存储器。当FPGA收到数据后,通过中断的方式令CPU接收数据并进行数据处理。在最后的实验测试中,可以得出FPGA能够准确的接收数据,然后能够通过中断传送给CPU内部,并且RS485能够进行长距离的传送,可以保证数据传达无误。
关键词通信模块冗余中断
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。
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 。
RS485 发送器示意图
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