目前，隨著集成電路集成度的增加，電子計(jì)算機(jī)向微型化和超微型化方向發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)已成為導(dǎo)彈，智能機(jī)器人，人類宇宙和太空和太空奧妙復(fù)雜系統(tǒng)不可缺少的智能部件。在一些工業(yè)控制中，經(jīng)常需要以多臺(tái)單片機(jī)作為下位機(jī)執(zhí)行對(duì)被控對(duì)象的直接控制，以一臺(tái)PC機(jī)為上位機(jī)完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，組成一種以集中管理、分散控制為特點(diǎn)的集散控制系統(tǒng)。

　　串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通訊協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包容兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通過(guò)用的通訊協(xié)議，很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時(shí)串口通訊協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備數(shù)據(jù)。所以，深入的理解學(xué)習(xí)和研究串口通信相關(guān)知識(shí)是非常必要的。此次數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)選題為“串行通信接收接口（數(shù)碼管）”，使用DE2開(kāi)發(fā)板來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)主從式的總線通訊系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DE2的數(shù)據(jù)接收，并在數(shù)碼管上顯示。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，對(duì)串口通訊的原理和應(yīng)用融會(huì)貫通，為以后的時(shí)間工作儲(chǔ)備知識(shí)和研究打下基礎(chǔ)。

　　串行通信接收接口（數(shù)碼管）

　　基本要求：掌握RS232串口的協(xié)議，運(yùn)用DE2的串口進(jìn)行接收PC的數(shù)據(jù)。波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，一個(gè)停止位。

　　硬件驗(yàn)證要求：在PC機(jī)通過(guò)“串行通信調(diào)試助手”軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，DE2通過(guò)串口接收數(shù)據(jù)，完成接收數(shù)據(jù)后在數(shù)碼管上面進(jìn)行顯示。

　　首先，對(duì)課設(shè)選題的分析與方法選擇：串行通信中，線路空閑時(shí)，線路的TTL電平總是高，經(jīng)反串行通信中，線路空閑時(shí)，線路的TTL電平總是高，經(jīng)反向RS232的電平總是低。一個(gè)數(shù)據(jù)的開(kāi)始RS232線路為高電平，結(jié)束時(shí)RS232為低電平。數(shù)據(jù)總是從低位向高位一位一位的傳輸。示波器讀數(shù)時(shí)，左邊是數(shù)據(jù)的低位。由此進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸送。

　　課程設(shè)計(jì)的目的：

　　學(xué)習(xí)RS-232串口通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并編程完成串行數(shù)據(jù)的接收和顯示。

　　掌握RS-232的工作機(jī)制與原理。

　　熟練掌握Quartus2軟件的使用。

　　了解CPLD/FPGA實(shí)驗(yàn)箱。

　　2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求：

　　（1）課程設(shè)計(jì)題目：基于FPGA的串口通信程序設(shè)計(jì)。

　　（2）課程設(shè)計(jì)要求：

　　下述設(shè)計(jì)內(nèi)容需由學(xué)生個(gè)人獨(dú)立完成：

　　1．理解電路原理圖與工作過(guò)程；

　　2．掌握RS-232電氣特性；

　　3．掌握RS-232通信原理及串口通信數(shù)據(jù)格式，并編程完成串行數(shù)據(jù)的接收和顯示；

　　4．能正確處理編程與調(diào)試過(guò)程中所遇到的問(wèn)題;

　　5. 在FPGA中構(gòu)造一個(gè)異步串行通信控制模塊，完成PC機(jī)發(fā)送的接收，并設(shè)計(jì)顯示模塊，完成接收數(shù)據(jù)的顯示

　　（3）要求的設(shè)計(jì)成果：

　　掌握RS232串口的協(xié)議，運(yùn)用DE2的串口進(jìn)行接收PC的數(shù)據(jù)。波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，一個(gè)停止位。

　　硬件驗(yàn)證要求：在PC機(jī)通過(guò)“串行通信調(diào)試助手”軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，DE2通過(guò)串口接收數(shù)據(jù)，完成接收數(shù)據(jù)后在數(shù)碼管上面進(jìn)行顯示。

　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：

　　3.1課程設(shè)計(jì)方案及基本原理：

　　1、Verilog簡(jiǎn)介

　　Verilog是一種流行的硬件描述語(yǔ)言，他是由工業(yè)界開(kāi)發(fā)的，1984年，Verilog作為一種私用的硬件描述語(yǔ)言，由Gateway Design Automation公司給出，1988年，Synopsis公司為Verilog開(kāi)發(fā)了綜合工具。1995年，Verilog成為IEEE的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。Verilog 適合算法級(jí)，寄存器級(jí)，邏輯級(jí)，門(mén)級(jí)和版圖級(jí)等各個(gè)層次的設(shè)計(jì)和描述。

　　Verilog的語(yǔ)法是基于C語(yǔ)言的。由于是基于C語(yǔ)言，所以它更容易掌握。本設(shè)計(jì)中采用Verilog語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　2、設(shè)計(jì)工具簡(jiǎn)介

　　本次設(shè)計(jì)是基于Altera公司的QuartusII軟件。

　　Quartus II 是Altera公司的綜合性PLD開(kāi)發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設(shè)計(jì)輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計(jì)輸入到硬件配置的完整PLD設(shè)計(jì)流程。

　　QuartusII支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFuction宏功能模塊庫(kù)，使用它，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，加快設(shè)計(jì)速度。QuartusII平臺(tái)支持一個(gè)工作組環(huán)境下的設(shè)計(jì)要求，其中包括支持基于Internet的協(xié)作設(shè)計(jì)。此外，QuartusII通過(guò)和DSP Builder工具與Matlab/SIMULINK相結(jié)合，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種DSP應(yīng)用系統(tǒng)；支持Altera的片上可編程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，集系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)、可編程邏輯設(shè)計(jì)于一體，是一種綜性的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

　　3、設(shè)計(jì)方案：

　　利用實(shí)驗(yàn)箱上的MAX232芯片控制通過(guò)適當(dāng)分頻（分頻的目的是為了達(dá)到要求的波特率，控制數(shù)據(jù)傳輸速率）的串行輸入信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為并行信號(hào)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱上的數(shù)碼管的后兩位顯示從計(jì)算機(jī)中傳輸出來(lái)的16進(jìn)制數(shù)。例如在計(jì)算機(jī)端輸入（FF）則會(huì)在試驗(yàn)箱上看到（000000FF）的顯示圖示。

　　4、基本原理：

　　RS-323C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。

　　EIA-RS-232C中+3V~+15V之間的電平為‘0’，-3V~-15V的電平為‘1’；與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。