基于FPGA的UART控制器的多模块设计与实现

2010-11-14 21:29:39来源: 中国科技信息

  异步串行通信要求的传输线少,可靠性高,传输距离远,被广泛应用于微机和外设的数据交换。实现串口通信主要需要完成两部分工作:

  将串口电平转换为设备电路板的工作电平,即实现RS-232电平和TTL/CMOS电平的转换;

  接收并且检验串行的数据,将数据变成并行的并提供给处理器处理。

  实现RS-232电平和TTL/CMOS电平转换可以用接口芯片来实现,实现数据的串行到并行转换用的是UART,它们是实现串行通信必不可少的两个部分。虽然目前大部分处理器芯片中都集成了UART,但是一般FPGA芯片却没有这个特点,所以使用FPGA作为处理器可以有两个选择,第一个选择是使用UART芯片进行串并转换,第二个选择是在FPGA内部实现UART功能。但所有的UART芯片都存在引脚较多、体积较大、与其他器件的接口较为复杂等缺点,从而会使设计的成本和难度增加。因此可以将需要的UART功能集成到FPGA内部,而利用VHDL语言将UART的核心功能集成,不仅解决传统芯片的缺点,也使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。

  1、UART实现原理

  UART主要有UART内核、信号监测器、移位寄存

器、波特率发生器、计数器、总线选择器和奇偶校验器总共7个模块组成,如图一所示。

UART实现原理图

  UART各个模块的功能如下:

  (1)UART内核模块

  UART内核模块是整个设计的核心。在数据接收时,UART内核模块负责控制波特率发生器和移位寄存器,使得移位寄存器在波特率始终的驱动下同步的接收并且保存RS-232接收端口上的串行数据。在数据发送时,UART内核模块首先根据待发送的数据和奇偶校验位的设置产生完整的发送序列(包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位),之后控制移位寄存器将序列加在到移位寄存器的内部寄存器里,最后再控制波特率发生器驱动移位寄存器将数据串行输出。

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关键字:UART  FPGA  VHDL  串行通信  RS-232

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1114/article_1429.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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