三線制同步串行通信控制器接口設計

0 引 言
航天工程領域中，星地通訊等遠距離遙測遙控是嵌入式衛星數管計算機重要功能之一，利用三線制同步串行遙測遙控通道對指令和數據進行收發操作是通信鏈路的重要環節。
目前許多處理器芯片都已集成了同步串行接口，但基于三線制同步串行接口的處理器并不多。利用傳統設計方法所實現的三線制同步通信硬件電路接口雖然能滿足一般工程設計要求，但在“低成本、小體積、低功耗和靈活性”設計理念的推動下，傳統設計顯然弊大于利。采用可編程邏輯器件CPLD／FPGA技術，對三線制同步串行通信接口電路進行結構設計與實現，可以大幅度減小系統體積，降低功耗，提高設計的靈活度。同時，還可以在其中增加其他邏輯功能模塊，并能很方便地應用到相關的嵌入式系統中。

1 三線制同步串行通信機理
三線制同步串行通信時，發送端和接收端必須使用共同的時鐘源才能保持它們之間的準確同步。為達到準確同步的目的，其中一個方法就是采用編碼和解碼的原理，即在發送端利用編碼器把要發送的數據和發送時鐘組合在一起，通過傳輸線發送到接收端，在接收端再用解碼器從數據流中分離出接收時鐘。常用的編碼解碼器有曼徹斯特編碼解碼及NRZ-L碼。本文中收發信號采用的碼型是NRZ-L碼。
三線制同步串行通信主要包括三個信號：采樣信號(也叫幀同步信號)、時鐘信號和串行數據信號，其時序邏輯關系如圖1所示。

從圖1可看出，數據接收或發送時，首先幀同步信號先觸發一個瞬時啟動脈沖，之后保持低電平有效，時鐘信號緊隨其后，數據在時鐘信號的上升沿保持穩定，并開始采樣和傳輸，每個時鐘周期收發一位字符數據，串行數據成批連續發送和接收。