FPGA串口通信汇总.doc

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1、 FPGA实 验 报 告目录FPGA实 验 报 告1目录2基于VHDL的串口通信实现设计3摘要3正文31.研究背景知识3 1.1串口简介3 1.2串口通信参数32.系统整体设计5 2.1 系统框图5 2.2原理图5 2.3管脚介绍：63. 系统模块设计6 3.1分频模块6 3.11流程图6 3.12程序7 3.2接收模块8 3.21流程图8 3.22程序9 3.3发送模块10 3.31流程图10 3.32程序114. 系统调试12 4.1 时序调试12 4.2硬件调试135.总结14 基于VHDL的串口通信实现设计 摘要串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议,其特点是通信线路简单，成本低，特

2、别适用于远距离通信，因此有较为广泛的应用。为了深入了解串口，本课程设计基于VHDL语言，利用FPGA开发板实现了板间串口通信。在程序设计中，考虑到串口波特率、数据格式等参数，共采用了四个模块：分频模块（即波特率产生模块），接受模块，发送模块，显示模块。通过软件和开发板调试，实现了板和串口调试助手收发数据，软件改变波特率等参数，并在数码管显示的功能。关键词：串口 VHDL FPGA 分频 接收 发送 显示 正文1.研究背景知识1.1串口简介串行接口Serial Interface是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从

3、而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。串口通信的两种最基本的方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。1.2串口通信参数 双方为了可以进行通信，必须要遵守一定的通信规则，这个共同的规则就是通信端口的初始化。通信端口的初始化有以下几项必须设置：1. 数据的传输速率 传输双方通过传输线的电压改变来交换数据，但传输线的电压改变的速度必须和接收端的接收速度保持一致，RS-232通常用于异步传输，即双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。由于没有一个参考时钟，双方所发送的高低电位到底代表几个位就不得而知了，要使得双方的数据读取正常，就要考虑到传输速率波特率，其所代表的意义是每秒钟所能产

4、生的最大电压状态改变率，或者说是每秒钟可以振荡的次数。 2. 数据的发送单位 一般串行通信端口所发送的数据是字符类型的，若用来传输文件，则会使用二进制的数据类型。当使用字符类型时，通常使用ASCII码，ASCII码中8个位形成一个字符。以实际的RS-232传输来看，由于大多数应用只是发送文字码，因此只要7个位就可以将ASCII码的0-127号字符表达出来，所有的可见字符都在这个范围内，所以只要7个数据位就足够了。不同的情况下，会使用到不同的发送单位，但使用多少个位合成一个字节必须先行确定。 3. 起始位及停止位 由于异步串行通信中并没有使用同步脉冲作为基准，故接收端完全不知道发送端何时将进行数

5、据的发送，而当发送端准备要开始发送数据时，发送端会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位(逻辑0)及低电位的停止位(逻辑1),它们分别是所谓的起始位和停止位。当发送端要开始发送数据时，便将传输在线的电位由低电位提升至高电位，而当发送结束后，再将电位降至低电位。接收端会因起始位的触发(因电压由低电位升至高电位)而开始接收数据，并因停止位的通知(因电压维持在低电位)而确切数据的字符信号已经结束。 4. 校验位的检查 为了预防错误的产生，因此使用校验位作为检查的机制；校验位是用来检查所发送数据正确性的一种核对码，其中又分成奇校验位和偶校验位两种方式，分别是检查字符码中I的数目是奇数或偶数。以偶校验

6、位为例，A的ASCII码01100001 (二进制)，其中1的数目是三个，因此校验位便是1，使1的数目保持偶数。2.系统整体设计2.1 系统框图分频模块波特率选择，收发控制发送模块接收模块数码管显示2.2原理图 2.3管脚介绍： 功能管脚 输入/输出功能 RST 输入 复位，初始化 CLK 输入 时钟 RXD 输入 串行收引脚 SK_RP 输入 高电平为接收数据 低电平为发送数据 BAUD8X 输出 波特率*8 TXD 输出 串行发引脚 SEG_EN 输出 数码管位选择 SEG_DATA 输出 数码管段选择3. 系统模块设计3.1分频模块通过本模块要产生8波特率的时钟，FPGA开发板时钟振荡频

7、率为50MHZ，因此要产生9600*8的时钟，分频数为50M/9600/8=325*2，本程序以9600波特率为例，展开分频。其余波特率依例可以选择产生。3.11流程图 开始DIV_PAR为分频数的一半，DIV_REG分频计数器清零；DIV_BUF时钟信号清零DIV_BUF赋值给BAUD8X，DIV_BUF为波特率*8DIV_BUF取反，时钟信号产生；DIV_REG分频计数器清零结束DIV_REG=分频数一半时钟上升DIV_REG计数113.12程序 PROCESS(clk,rst) -分频得到8倍波特率的时钟 BEGIN SEG_EN=11111110 ; IF ( rst = 1) THE

8、N DIV_BUF = 0; div_REG= 0000000000000000 ; ELSIF(clkEVENT AND clk=1)THEN IF (div_reg = div_par - 0000000000000001) THEN-/FEN PIN SHU YI BAN QU FAN DIV_BUF= NOT DIV_BUF ; -产生时钟脉冲 DIV_REG=0000000000000000 ; ELSE div_reg = div_reg + 0000000000000001; END IF; BAUD8X=DIV_BUF ; END IF; END PROCESS; 3.2接收模

9、块3.21流程图接收完毕，送给数码管显示接收八个数据加一位停止位检测起始位开始接收开始结束 在进入收发模块之前。在复位中进行初始化： 接收缓冲器RXD_BUF=00000000;RXD_CNT=0000; 接收计数器 RXD_START=000; 接收前级接收器RXD_TXT =00000000; 接收数据采用移位设计，将数据传进缓冲器。 每八个时隙对RXD取样一次，存进RXD_TXT中，比较中间五次，若五位数据一致，则认为可以接受一位数据，送进RXD_BUF，共接受八位数据。等八个时隙（停止位），再进入接收初态 。 3.22程序/ -/JIE SHOU ELSIF (SK_RP=1)THEN

10、 IF(RXD_CNT=0000)THEN IF( RXD=0 )THEN-JIAN CE DAO XIA JIANG YAN WEI QI SHI WEI RXD_CNT= 0001 AND RXD_CNT=1001)THEN-/JIE SHOU BA WEI SHU JU IF( RXD_START=111 )THEN-/BA GE SHI XI RXD_START=000; RXD_CNT=RXD_CNT+0001; IF (RXD_TXT(6 DOWNTO 1)=000000OR RXD_TXT(6 DOWNTO 1 )=111111)THEN-/BA CI CAI YANG YI Y

11、ANG SHI JIE SHOU YI WEI SHU JU; RXD_BUF(6 DOWNTO 0 )= RXD_BUF(7 DOWNTO 1); -/YI WEI RXD_BUF(7)=RXD_TXT(7);-/JIE SHOU DI YI WEI ELSIF (RXD_CNT= 1010)THEN RXD_START=000; RXD_CNT=0000;-/SHU JU CHOU YANG BU YI YANG ,RUO JIE SHOU ZUI HOU YI WEI ,QING LING ELSE RXD_CNT=RXD_CNT+0001; END IF; ELSE RXD_TXT(7

12、)=RXD; RXD_TXT(6 DOWNTO 0) = RXD_TXT(7 DOWNTO 1) ;-/CAI YANG BA CI,FANG JIN RXD_TXD SHU ZU ZHONG; RXD_START=RXD_START+001; END IF; ELSE IF(RXD_CNT= 1010) THEN -/JIE SHOU TING ZHI WEI DATA_B=RXD_BUF;-/TING ZHI WEI YOU XIAO ,JIANG SHU JU CUN RU DATA BUS; IF( RXD_START=110)THEN RXD_START=000; RXD_CNT=0

13、000; RXD_BUF=00000000; ELSE RXD_START=RXD_START+001; END IF; END IF; END IF; END IF; 3.3发送模块3.31流程图开始结束发送起始位0数码管显示发送完毕发送八位数据和一位停止位为实现收发保持同一时隙，每八个时隙发送一位数据，通过移位，把八位数据发送出去。3.32程序/ - /FASONG / ELSIF(DIV_BUF EVENT AND DIV_BUF=1)THEN IF (SK_RP=0)THEN IF (TXD_CNT=0000)THEN -/QI SHI WEI TXD=0; TXD_CNT=TXD_C

14、NT+0001; TXD_BUF= 0001 AND TXD_CNT=1000)THEN-FA SONG BA WEI SHU JU IF( TXD_START=111)THEN TXD_START=000; TXD_CNT=TXD_CNT+0001; TXD=TXD_BUF(0);-/DI YI WEI FA SONG TXD_BUF(6 DOWNTO 0 )= TXD_BUF(7 DOWNTO 1); -/YI WEI ELSE TXD_START=TXD_START+001; END IF; ELSE IF(TXD_CNT= 1001) THEN-/FA TING ZHI WEI IF(

15、 TXD_START=111)THEN TXD_START=000; TXD=1; TXD_CNT=TXD_CNT+0001; ELSE TXD_START=TXD_START+001; END IF; ELSE IF( TXD_START=110)THEN IF(RST=0)THEN TXD_START=000; TXD_CNT=0000; TXD_BUF=00000000; END IF; ELSE TXD_START=TXD_START+001; END IF; END IF; END IF;4. 系统调试4.1 时序调试分频：波特率*8接收和显示发送和显示4.2硬件调试管脚分配实验结果

16、： 与串口调试助手调试，在助手上发送一个字节，FPGA板上接收并在数码管上显示出来，若发送一串数据，则只显示最后一个字节。摁下复位键（RST），再摁下(SK_RP),将把一个字节发送给助手，并在助手窗口上方显示出来。 波特率改变可通过，在软件中左右移动预置分频数，或者直接重设。5.总结对于系统设计，先在整体上进行功能和原理设计，然后分模块进行具体设计，这样比较容易实现。避免眼高手低。刚选题时，是确定要把校验位也设计出来的，当时没想到再后来四天的设计中遇到了种种细节问题，以至于才勉强实现了基本的串口通信。因此以后要注意谨慎严谨。在没有进展的情况下，尤其是在设计接收模块时，更改多次，调试不出来，一度要崩溃的，最后硬着头皮坚持了下来，还好最后都调试成功了。透过这次课设，对于串口设计的思想以后可能会忘记，但是这段在很困难、很没进展的情况下没有放弃，并且次次逼着自己静下心来一遍遍读改程序，并最终顺利完成了设计的经历告诉我信念，坚持，信心，会帮助我们克服困难，走出困境，完成任务。无论如何，这次课设学到了很多串口和VHDL语言的知识，也收获了经验与信心，感谢这次课设。