基于FPGA與RS422的MⅢ總線轉(zhuǎn)換板的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

（2）MIII總線收發(fā)

MIII總線收發(fā)功能則獨(dú)立于Nios系統(tǒng)。它充分利用FPGA可靈活配置的特點(diǎn)，并用VerilogHDL語言實(shí)現(xiàn)MIII總線的實(shí)時性和可靠性要求較高的關(guān)鍵部分，然后模擬MIII總線的邏輯功能，最終實(shí)現(xiàn)MIII總線數(shù)據(jù)、地址的收發(fā)以及與Nios系統(tǒng)通過自定義的接口實(shí)現(xiàn)通訊。MIII總線的信號時序如圖4所示。

該轉(zhuǎn)換板的讀寫時序可用VerilogHDL語言描述，然后采用有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)上述操作，并用Quartus II進(jìn)行時序仿真，其仿真波形如圖5所示。

3.4 接口電平轉(zhuǎn)換電路

由于FPGA可編程器件的輸入/輸出電平通常是3.3 V，而對接MIII總線設(shè)備是OC門輸入/輸出。OC門又稱集電極開路電路，其內(nèi)部電壓為+5 V。所以，FPGA的輸入/輸出需要進(jìn)行兩次電壓轉(zhuǎn)換。

其中，第一次電壓轉(zhuǎn)換是把FPGA輸入/輸出電平的3.3 V轉(zhuǎn)換為5 V電平。由于數(shù)據(jù)信號是讀寫雙向的，而地址和控制信號是單向的（由MIII總線發(fā)送到對接MIII總線設(shè)備），因此，其數(shù)據(jù)信號應(yīng)當(dāng)用74LS245芯片來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而地址和控制線則應(yīng)用74LS244芯片來轉(zhuǎn)換，其電路原理如圖6所示。

由于對接MIII總線設(shè)備內(nèi)部是OC門輸入/輸出，而且由于OC門電路的輸出管的集電極懸空，使用時需外接一個上拉電阻到電源。一般情況下，OC門會使用上拉電阻以輸出高電平，此外，為了加大輸出引腳的驅(qū)動能力，選擇上拉電阻阻值的原則是降低功耗及芯片的灌電流能力應(yīng)當(dāng)足夠大，從而確保足夠的驅(qū)動電流足夠小。其具體的電平轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖7所示。

FPGA輸入/輸出的信號，經(jīng)過以上兩個步驟的電平轉(zhuǎn)換，就能符合MIII總線對接設(shè)備的輸入/輸出信號要求。至此，只需MIII總線轉(zhuǎn)換板輸入/輸出的地址、數(shù)據(jù)和控制信號按照MIII總線時序進(jìn)行收發(fā)，就可以實(shí)現(xiàn)MIII總線通信。

4 結(jié)束語

本文介紹了某型火控電子設(shè)備的專用數(shù)據(jù)通信總線（MIII總線）轉(zhuǎn)換板的設(shè)計方法，給出了MIII總線的總線通信功能。同時介紹了應(yīng)用F-PGA實(shí)現(xiàn)MIII總線部分電路的實(shí)現(xiàn)方法。事實(shí)上，利用FPGA可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縮短設(shè)計周期，提高系統(tǒng)的性能和可擴(kuò)展性。目前，該轉(zhuǎn)換板經(jīng)過與某型火控電子設(shè)備聯(lián)調(diào)證明，其功能正常，工作穩(wěn)定，且已得到了用戶好評，收到了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。