集成UART核心的FPGA异步串行实现

2012-06-11 11:41:42来源: 21ic
   

串行外设都会用到RS232-C异步串行接口,传统上采用专用的集成电路即UART实现,如TI、EXAR、EPIC的550、452等系列,但是我们一般不需要使用完整的UART的功能,而且对于多串口的设备或需要加密通讯的场合使用UART也不是最合适的。如果设计上用到了FPGA/CPLD器件,那么就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部,本人最近在用XILINX的XCS30做一个设计的时候,就使用VHDL将UADT的核心功能集成了,从而使整个设计更加紧凑,更小巧、稳定、可靠,下面就谈谈设计方法。

  分析UART的结构,可以看出UART主要由数据总线接口、控制逻辑和状态接口、波特率发生器、发送和接受等部分组成,各部分间关系如图一。

  用FPGA器件实现UART核心功能的一种方法

  了解了UART的各部分组成结构后,下面对各部分的功能进行详细的分析。我们假定所要设计的UART为:数据位为7位、8位可选,波特率可选,效验方式为奇、偶、无等效验方式,下面的分析都是在这个假定的基础上进行。

  一、波特率发生部分

  从图一可以看出,UART的接收和发送是按照相同的波特率进行收发的(当然也可以实现成对的不同波特率进行收发),波特率是可以通过CPU的总线接口设置的。UART收发的每一个数据宽度都是波特率发生器输出的时钟周期的16倍,即假定当前按照9600bps进行收发,那么波特率发生器输出的时钟频率应为9600*16Hz,当然这也是可以改变的,我们只是按照UART的方法进行设计。

  我们假定提供的时钟为1.8432MHz,那么可以很简单地用CPU写入不同的数值到波特率保持寄存器,然后用计数器的方式生成所需要的各种波特率,这个值的计算原则就是1843200/(16*所期望的波特率),如果希望输出9600Hz的波特率,那么这个值就是1843200/(16*9600)=12(0CH)。

  二、 发送部分

  这里应重点分析几个问题:首先是何时CPU可以往发送保持寄存器(THR)写人数据?也就是说CPU要写数据到THR时必须判一个状态,当前是否可写?很明显如果不判这个条件,发送的数据会出错,除非CPU写入THR的频率低于当前传输的波特率,而这种情况是极少出现的。其次是CPU写入数据到THR后,何时THR的数据传送到发送移位寄存器(TSR)并何时移位?即如何处理THR和TSR的关系?再次是数据位有7、8位两种,校验位有三种形式,这样发送一个字节可能有9、10、11位三种串行长度,所以我们必须按照所设置的传输情况进行处理。数据位、效验方式可以通过CPU写一个端口来设置,发送和接受都根据这个设置进行,由于这部分很简单,所以我就不给出程序了。

  根据上面的分析,引进了几个信号:

  bigin1、begin2:引入两个附加移位,目的是为送出起始位、停止位而加入串行长度。

  txdone7、txdone8:分别表示7、8位的结束标志。Txdone《=txdone8 when“8bit”else txdone7;

  Paritycycle7、paritycycle8:分别表示7、8位下的校验位。Parity《=parity8 when“8 bit”else parity7;

  Writerdy:为0时表示CPU不能将数据写入THR,为1时可以写入。

[1] [2]

关键字:UART  FPGA

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0611/article_2973.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
UART
FPGA

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

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。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved