fpga實現(xiàn)uart串口通信

　　UART使用的是異步串行通信

　　串行通信是指利用一條傳輸線將資料一位位地順序傳送。特點是通信線路簡單，利用簡單的線纜就可實現(xiàn)通信，降低成本，適用于遠距離通信，但傳輸速度慢的應用場合。

　　異步通信以一個字符為傳輸單位，通信中兩個字符間的時間間隔多少是不固定的，然而在同一個字符中的兩個相鄰位間的時間間隔是固定的。

　　數(shù)據(jù)傳送速率用波特率來表示，即每秒鐘傳送的二進制位數(shù)。例如數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，而每一個字符為10位（1個起始位，7個數(shù)據(jù)位，1個校驗位，1個結束位），則其傳送的波特率為10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

　　數(shù)據(jù)通信格式如下圖：

　　 fpga實現(xiàn)uart串口通信

　　其中各位的意義如下：

　　起始位：先發(fā)出一個邏輯”0”信號，表示傳輸字符的開始。

　　數(shù)據(jù)位：可以是5~8位邏輯”0”或”1”。如ASCII碼（7位），擴展BCD碼（8位）。

　　校驗位：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應為偶數(shù)（偶校驗）或奇數(shù)（奇校驗）。

　　停止位：它是一個字符數(shù)據(jù)的結束標志。可以是1位、1.5位、2位的高電平。

　　空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當前線路上沒有資料傳送。

　　異步通信是按字符傳輸?shù)模邮赵O備在收到起始信號之后只要在一個字符的傳輸時間內(nèi)能和發(fā)送設備保持同步就能正確接收。下一個字符起始位的到來又使同步重新校準（依靠檢測起始位來實現(xiàn)發(fā)送與接收方的時鐘自同步的）

　　串行通信的硬件 接口 電路原理設計

　　在串行通信中，普遍采用的是RS-232-C接口的標準。RS-232-C接口信號引腳的連接方式規(guī)定了25芯的D型連接器（DB225），實際使用中多采用的是一個9芯的D型連接器（DB29），本方案采用了DB29連接器

　　 fpga實現(xiàn)uart串口通信

　　本方案的異步串行通信的硬件接口電路圖如圖2所示，由三部分組成：FPGA串口模塊、MAX232和DB29。MAXIM 公司的MAX232是為滿足EIA/TEA2232E的標準而設計的，具有功耗低、波特率高、價格低等優(yōu)點，工作電源為+5V，外界電容僅為0.1uF或1Uf，為雙組RS2232收發(fā)器。MAX232有兩個發(fā)送器，若只用其中一個發(fā)送器，另外一個發(fā)送器的輸入、輸出端可以懸空。本方案把異步通信電路作為一個整體來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)由DB29的RxD端輸入，經(jīng)過MAX232進行電平轉換由FPGA串口模塊的RxD端進入，進行串并轉換后經(jīng)由8位數(shù)據(jù)總線（D72D0）進入FPGA的其它模塊或其它的處理芯片。數(shù)據(jù)處理后經(jīng)由8位數(shù)據(jù)總線進入FPGA串口模塊，在其中進行并串轉換后由TxD端輸出MAX232的12管腳，在MAX232種經(jīng)過電平轉換后由DB29的TxD端輸出。

　　FPGA串口模塊設計

　　FPGA串口模塊是本設計的關鍵所在，的內(nèi)部邏輯結構及各部件的功能。如圖3所示，主要由波特率發(fā)生模塊、發(fā)送模塊，接收模塊組成。用Verilog實現(xiàn)設計的各部件功能說明如圖3

　　 fpga實現(xiàn)uart串口通信

　　波特率發(fā)生模塊

　　設計的UART的接收和發(fā)送按照相同的波特率進行，波特率可以通過接口模塊的總線接口進行設置。UART收發(fā)的每一個數(shù)據(jù)寬度都是波特率發(fā)生器輸出的時鐘周期的16倍，即假定當前按照9600b/s進行收發(fā)，那么波特率發(fā)生器的輸出時鐘頻率應該為9600×16Hz。假定提供的外部時鐘為1.6MHz，可以很簡單地通過總線寫入不同的數(shù)值到波特率發(fā)生器保持寄存器，然后用計數(shù)器的方式生成所需要的各種波特率，即分頻器。計算公式為：1600000/（16×所期望的波特率）-1，如果希望輸出10000Hz的波特率，可以得出從總線寫入的數(shù)值為1600000/（16×10000）-1=9（09H）。

　　發(fā)送模塊

　　根據(jù)UART協(xié)議的描述，發(fā)送數(shù)據(jù)由接口模塊控制，接口模塊給出wrn信號，發(fā)送器根據(jù)此信號將并行數(shù)據(jù)鎖存，并通過發(fā)送保持寄存器和發(fā)送移位寄存器發(fā)送并行數(shù)據(jù)。由計數(shù)器no-bs-sent控制狀態(tài)的轉移，即數(shù)據(jù)的發(fā)送，計數(shù)值為1時，數(shù)據(jù)從發(fā)送保持寄存器傳送到發(fā)送移位寄存器，計數(shù)值為2時，發(fā)送開始位（1b低電平），計數(shù)值為3～10，發(fā)送8位數(shù)據(jù)，計數(shù)器為11，發(fā)送校驗位，計數(shù)值為12，發(fā)送1位停止位，計數(shù)器隨后清零。發(fā)送時鐘是根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈十a(chǎn)生的，16倍于波特率發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘。

　　在Xilinx的ISE7.1.02i集成環(huán)境中，用Verilog編寫代碼，Synplifypro8.1進行邏輯綜合，Modelsim6.0d進行仿真，其結果如圖4所示。

　　 fpga實現(xiàn)uart串口通信

　　接收模塊

　　接收邏輯首先通過檢測輸入數(shù)據(jù)的下降沿來檢查起始位，然后產(chǎn)生接收時鐘，利用接收時鐘來采樣串行輸入數(shù)據(jù)，在緩沖器中作移位操作，同時產(chǎn)生校驗位，在第9位處比較校驗位是否正確，在第10位處比較停止位是否為高，在校驗位錯誤或停止位錯誤的情況下產(chǎn)生錯誤指示信號。接收時鐘是根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈十a(chǎn)生的，16倍于波特率發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘。

　　使用Modelsim6.0對接收模塊做了時序仿真，其結果如圖5所示。接收時鐘與發(fā)送時鐘相同，接收到一幀串行數(shù)據(jù)，由接收模塊轉換為并行輸出，并且檢驗校驗位和停止位，產(chǎn)生framing-error和parity-error信號輸出。

　　 fpga實現(xiàn)uart串口通信

　　接口控制模塊

　　接口控制模塊連接控制發(fā)送、接收、波特率發(fā)生模塊，并與外部并行總線相連接，從外部（CPU或單片機）接收控制信號（nrst，nwrn，nbdn，nrdn），來控制UART的發(fā)送、接收以及內(nèi)部時鐘的生成。在nwrn有效并且內(nèi)部信號tbre=‘0’（發(fā)送緩沖寄存器空）時，將數(shù)據(jù)總線輸入的并行數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)送模塊數(shù)據(jù)線din（7:0），執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)功能。在nrdn有效并且內(nèi)部信號data-ready，parity-error，framing-error有效時，允許從接收模塊讀入接收到的數(shù)據(jù)。波特率發(fā)生器和發(fā)送模塊的并行數(shù)據(jù)輸入端口共用一個數(shù)據(jù)總線。

　　綜合實現(xiàn)其性能分析

　　使用Xilinx的SpatanIIxc2s100FPGA芯片，對整個FPGA設計使用Synplifypro8.1進行邏輯綜合，其實占用的FPGA資源總共僅為56個查找表（LUTs），占用的資源很少，可以很方便的集成在其他的FPGA設計中;最高時鐘速度可以到達121.8MHz，可見此設計完全可以滿足任何一種標準的波特率系列

　　硬件電路實現(xiàn)及軟件實現(xiàn)

　　在驗證此UARTFPGA設計時，使用了PADS來設計電路原理圖和PCB圖，并最終在硬件上下載調(diào)試成功。在驗證UART通信時，此設計的PC機串口通信程序，采用了Ac2tiveX控件方式來實現(xiàn)。

　　用FPGA實現(xiàn)了UART通信功能，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并可以在接收數(shù)據(jù)時對其校驗位、停止位進行判斷，在發(fā)送數(shù)據(jù)時可以形成完整的一幀數(shù)據(jù)格式。其接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘有內(nèi)部波特率發(fā)生器產(chǎn)生，根據(jù)預置的分頻系數(shù)，對外部時鐘進行分頻，產(chǎn)生需要的接收或發(fā)送時鐘。將該UARTFPGA設計作為一功能塊嵌入到一個FPGA實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中，可以成功地實現(xiàn)和遠端的PC機進行異步串行通信。實驗證明該UART設計占用資源少，工作穩(wěn)定可靠，可運使用在低端的異步通信。

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介紹FPGA的串口通信有發(fā)送模塊與接收模塊的程序

2016-03-03 16:31:54

niosii的UART串口通信

niosii的UART串口通信niosii的UART串口通信。

2016-04-06 17:03:27

UART串口在SIM卡讀寫中的應用

UART串口在SIM卡讀寫中的應用，下來看看

2016-08-19 16:51:11

華清遠見FPGA代碼-RS-232C（UART）接口的設計與實現(xiàn)

華清遠見FPGA代碼-RS-232C（UART）接口的設計與實現(xiàn)

2016-10-27 18:07:54

基于FPGA的串口通信電路設計

基于FPGA的串口通信電路設計

2017-01-24 17:30:13

基于FPGA的串口通信電路設計與應用

串行通信接口是一種應用廣泛的通信接口。目前，大部分處理器都集成了支持 RS一232接口的通用異步收發(fā)器，本文基于FPGA開發(fā)板設計了一個串口數(shù)據(jù)采集和處理程序，介紹了用VerilogHDL硬件描述

2017-09-01 10:16:10

uart串口通信介紹

　UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設計中，UART用來主機與輔助設備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。

2017-11-20 15:56:44

25897

基于51單片機的UART串口通信

基于51單片機的UART串口通信詳解。

2017-11-21 10:14:45

62217

uart是什么意思?認識uart串口

設備沒有顯示屏，無法獲得嵌入式設備實時數(shù)據(jù)信息，通過UART串口和超級終端相連，打印嵌入式設備輸出信息。并且在對嵌入式系統(tǒng)進行跟蹤和調(diào)試時，UART串口了是必要的通信手段。比如：網(wǎng)絡路由器，交換機

2017-12-06 14:51:59

106720

xilinx FPGA串口設計筆記

在設計中，需要用FPGA讀取GPS內(nèi)部的信息，GPS的通信方式為串口，所以在FPGA中移植了串口程序。

2018-03-26 11:04:53

單片機通信uart和modbus有什么區(qū)別

單片機通信uart和modbus有什么區(qū)別，modbus是一個應用層的協(xié)議，他是構建在串口，網(wǎng)線等底層傳輸基礎上的。uart只是串口協(xié)議而已。

2018-04-11 17:02:00

19334

串口通信的原理,IO口模擬UART串口通信

UART串口波特率，常用的值是300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200等速率。IO口模擬UART串行通信程序是一個簡單的演示程序，我們使用串口調(diào)試助手下發(fā)一個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加1后，再自動返回。

2018-05-04 15:26:16

20961

在FPGA中利用IP核實現(xiàn)SOC系統(tǒng)中的串口收發(fā)接口的設計

在基于FPGA的SOC設計中，常使用串口作為通信接口，但直接用FPGA進行串口通信數(shù)據(jù)的處理是比較繁雜的，特別是直接使用FPGA進行串口通信的協(xié)議的解釋和數(shù)據(jù)打包等處理，將會消耗大量的FPGA硬件

2019-08-02 08:08:00

3816

將UART功能集成到FPGA內(nèi)部實現(xiàn)多模塊的設計

實現(xiàn)RS-232電平和TTL/CMOS電平轉換可以用接口芯片來實現(xiàn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行到并行轉換用的是UART，它們是實現(xiàn)串行通信必不可少的兩個部分。雖然目前大部分處理器芯片中都集成了UART，但是一般

2019-10-18 07:54:00

2317

SAM4E單片機在UART異步串口通信協(xié)議中的應用

這次試試使用UART，實現(xiàn)開發(fā)版和PC間的通信。功能比較簡單，就是把PC發(fā)向開發(fā)版的內(nèi)容發(fā)送回去。這次主要介紹一下UART的配置，至于通信，則使用較為簡單的不斷查詢UART狀態(tài)寄存器的循環(huán)實現(xiàn)。

2019-04-03 15:18:47

1332

UART串口通信的基本介紹和使用程序資料免費下載

UART串口通信初步認識 51單片機內(nèi)部存在UART模塊，要想正確使用還需要配置相應的寄存器。 51單片機的UART串口通信的結構由串行口控制寄存器SCON、發(fā)送（P30—RXD）和接收（P31—TXD）電路組成。 SCON 以下是STC15手冊里的關于SCON和PCON的資料。

2019-09-09 17:26:00

使用51單片機進行UART串口通信的程序免費下載

本文檔的主要內(nèi)容詳細介紹的是使用51單片機進行UART串口通信的程序免費下載。

2019-08-21 17:31:00

UART串口通信的基本原理與電路設計

UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設計中，UART用于主機與輔助設備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。 [1]

2019-11-22 07:04:00

12473

基于FPGA的UART串口通信實驗

串口是“串行接口”的簡稱，即采用串行通信方式的接口。串行通信將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條數(shù)據(jù)線上逐個傳送，其特點是通信線路簡單，但傳輸速度較慢。

2019-09-22 10:49:00

4068

使用FPGA和模塊化設計方法實現(xiàn)UART的設計論文

的實現(xiàn)方法，具體描述了發(fā)送、接收等模塊的設計，恰當使用了有限狀態(tài)機，實現(xiàn)了FPGA上的UART的設計，給出仿真結果。

2020-07-07 17:28:03

如何使用VHDL實現(xiàn)串口通信的設計

串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議，其特點是通信線路簡單，成本低，特別適用于遠距離通信，因此有較為廣泛的應用。為了深入了解串口，本課程設計基于VHDL 語言，利用FPGA 開發(fā)板實現(xiàn)了板間串口

2020-10-15 17:35:55

FPGA頻率計與串口通信的設計資料說明

本文檔的主要內(nèi)容詳細介紹的是FPGA頻率計與串口通信的設計資料說明。

2021-03-07 08:00:00

一種基于FPGA的UART電路的實現(xiàn)

UART即通用異步收發(fā)器，傳統(tǒng)上采用多功能的專用集成電路實現(xiàn)。但是在一般的使用中往往不需要完整的UART的功能，比如對于多串口的設備或需要加密通訊的場合使用專用集成電路實現(xiàn)的UART就不是最合適

2021-04-27 14:07:25

基于FPGA的UART模塊設計與實現(xiàn)簡介

基于FPGA的UART模塊設計與實現(xiàn)介紹說明。

2021-06-01 09:43:30

51單片機串口通信的程序實現(xiàn)與Proteus仿真

一、51單片機的串口通信關于51單片機串口通信的講解的博客有很多，這里就不再詳細講解。下面給出程序1.uart.h#ifndef __UART__#define __UART

2021-11-12 10:36:04

單片機UART串口通信(代碼親自調(diào)試成功)

2021-11-23 17:36:25

ESP32 之 ESP-IDF 教學（九）—— 串口通信（UART）

ESP32 之 ESP-IDF 教學（九）—— 串口通信（UART）文章目錄ESP32 之 ESP-IDF 教學（九）—— 串口通信（UART）一、ESP32 的 UART 概覽1、簡介2、UART

2021-11-26 13:21:03

C51的UART 串口通信

C51的UART 串口通信

2021-11-29 12:21:04

基于STM32之UART串口通信協(xié)議（一）詳解

一、前言1、簡介　　寫的這篇博客，是為了簡單講解一下UART通信協(xié)議，以及UART能夠實現(xiàn)的一些功能，還有有關使用STM32CubeMX來配置芯片的一些操作，在后面我會以我使用的STM32F429

2021-11-30 14:36:06

S32K144 串口通信

_Init(&lpuart1_uart_instance, &lpuart1_uart_Config0); /* 發(fā)送一條消息驗證串口通信是否正常 */ UART_SendDataBlocking(&lpuart1_uart_instance, (uint8_t

2021-12-09 17:21:12

stm32_常見串口、串口通信分類、UART編程套路以及注意事項

communication port :串行通訊端口)，嵌入式里面說的串口，一般是指UART口。計算機上的串口常指RS232電平標準的COM口。? UART口和COM口是指的物理接口形式(硬件)，而TTL、RS-232、RS-485是指的電平標準(電信號)。二、串口通信分類按照數(shù)據(jù)傳送方向分為：?

2021-12-20 19:26:05