基于FPGA技术的RS 232接口时序电路设计

2012-08-13 00:13:36来源: 电子设计工程
   

二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器,对连接器的每个引脚的信号内容加以规定,还对各种信号的电平加以规定。随着设备的不断改进,出现了代替DB25的DB9接口,现在都把RS 232接口叫做DB9。RS 232接口是最常见的一种串行通信接口,普通PC机一般都具有此类接口,其最高通信速率(波特率)为115.2 Kb/s。采用9 600b/s进行数据传输交换的应用较多。通过FPGA实现其时序电路,主要完成发送和接收两部分逻辑电路的设计。

1 发送逻辑电路的设计
1.1 时序近似
    RS 232接口可选的波特率如9 600b/s,115.2 Kb/s等同11.059 2 MHz的时钟有着整数倍的关系,但通常情况下提供FPGA的时钟大多采用频率为40~80 MHz,同11.059 2 MHz之间存在一定的时序误差。
    例如一个由1个起始位,8个数据位,1个停止位组成,假定串行信号的波特率为9 600b/s,则每个位的时序时间为:
    104 166.666 666 666 666 666 666 666 666 67 ns
    相当于80 MHz计数器计数到:
    8 333.333 333 333 333 333 333 333 333 333 3舍去小数部分。
    由80 MHz驱动的计数器产生时序时每个字符误差为4.166 666 666 666 666 666 666 666 666 666 7 ns。这样由10个字符组成的一次发射时序误差约为41.7 ns小于1/1 000可以忽略不计。
1.2 发送时序设计
    RS 232接口的时序电路由启动电路、字符产牛电路、同步时钟产生电路。波特率控制电路,和时序关闭电路组成。发送时序电路原理框图如图1所示。

移位寄存器内并锁存。
    当系统接收到一帧串行信号时,首先要判断是否是新的一帧数据,接收判决电路通过对输入串行信号的起始位字符脉宽进行裁决,按照RS 232接口通信协议在某一特性波特率下,一帧信号的起始是一定脉宽的负脉冲。通过计数器可以检测到负脉冲的起始时间和脉冲宽度,当脉冲宽度达到某一数值时启动接收时序。
    接收时序电路会通过被记录下的接收信号的准确到达时间,推算出每个串行数据位对应的时序时刻,从而输出对应每个位中间时刻的字符位同步信号(脉冲)作为接收移位寄存器的同步时钟信号驱动移位寄存器对接收数据电平的记录。
    被锁存的数据通过并行总线被系统微处理器提取。这一过程可以通过对处理器的中断实现,但需要接收时序电路在完成数据接收后立即产生一个中断信号,通知处理器提取接收数据。
    接收时序计数器会对接收时序时间进行检测,当接收时序到达结束时刻时,其输出的时序关闭反馈信号会使接收电路恢复到初始工作电路,等待下一帧数据的到达。

3 结论
    通过FPGA实现RS 232接口时序逻辑电路,已经在工程实践过程中实现了接口标准规定的全部功能。可以认为,通过FPGA的逻辑电路设计可以完全取代专用芯片。介于FPGA的可塑性和灵活性,可以通过相应逻辑电路设计实现包括以太网,USB、RS 485等常见的数据接口。

关键字:FPGA  RS  232

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0813/article_3099.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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