基于FPGA實(shí)現(xiàn)異步串行通信
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1．2 FPGA波特率發(fā)生器模塊
串口通信，就是RS 232／RS 485通信，要求通信的雙方波特率等通信格式一樣才可以通信成功。在電子通信領(lǐng)域，波特率(Baud Rate)即調(diào)制速率，指的是信號(hào)被調(diào)制以后在單位時(shí)間內(nèi)的變化，即單位時(shí)間內(nèi)載波參數(shù)變化的次數(shù)。它是對(duì)符號(hào)傳輸速率的一種度量，1 Baud即指每秒傳輸1個(gè)符號(hào)。在基于FPGA實(shí)現(xiàn)通用異步通信時(shí)，波特率發(fā)生器是一個(gè)必不可少的部分。波特率發(fā)生器實(shí)際上就是一個(gè)分頻器，可以根據(jù)給定的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和要求的波特率算出波特率分頻因子，算出的波特率分頻因子作為分頻器的分頻數(shù)從而產(chǎn)生所需的時(shí)鐘頻率。在設(shè)定發(fā)送和接收使用相同的波特率的情況下，UART只需要一個(gè)波特率發(fā)生器就可以了。
系統(tǒng)提供的時(shí)鐘頻率為10 MHz，數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸速率為115 200 Hz，波特率發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣，設(shè)定對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行3倍采樣，則波特率發(fā)生器產(chǎn)生的頻率為：
3×115 200=345 600 Hz
那么就可以根據(jù)給定的系統(tǒng)時(shí)鐘和要求的波特率計(jì)算出分頻因子：
1×107／345 600=28．94
對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行28.94分頻是很難實(shí)現(xiàn)的，因此取整數(shù)30作為分頻因子。盡管這樣會(huì)使得分頻得到的時(shí)鐘會(huì)比所需的345 600 Hz高3．5％，但這樣微小的變化不會(huì)影響實(shí)際電路的工作。其仿真圖如圖3所示。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/189494.htm
1．3 FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊
發(fā)送過(guò)程就是把并行總線上的數(shù)據(jù)發(fā)送到串行總線上。數(shù)據(jù)發(fā)送的過(guò)程可以分為空閑狀態(tài)、加載狀態(tài)、發(fā)送狀態(tài)和發(fā)送完成狀態(tài)?？臻e狀態(tài)就是UART內(nèi)核復(fù)位后的空閑狀態(tài)，等待加載狀態(tài)。UART進(jìn)入空閑狀態(tài)后，當(dāng)檢測(cè)到發(fā)送控制信號(hào)有效時(shí)，就進(jìn)行加載狀態(tài)并開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)的加載。加載狀態(tài)就是發(fā)送模塊按照串行發(fā)送的順序?qū)⒁l(fā)送的這一幀數(shù)據(jù)加載到移位寄存器內(nèi)，將移位寄存器和計(jì)數(shù)器都復(fù)位，使移位寄存器和計(jì)數(shù)器的工作時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到了計(jì)數(shù)的上限時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指示信號(hào)通知UART內(nèi)核進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。UART內(nèi)核狀態(tài)機(jī)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)的同時(shí)要改變相應(yīng)信號(hào)，這時(shí)移位寄存器時(shí)鐘必須為波特率時(shí)鐘，最重要的是將輸出信號(hào)送到RS 232的發(fā)送端口TXD上。在發(fā)送狀態(tài)，也需要計(jì)數(shù)器的控制，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到了計(jì)數(shù)的上限時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)通知UART內(nèi)核進(jìn)入發(fā)送完成狀態(tài)。當(dāng)UART內(nèi)核狀態(tài)機(jī)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)后，并產(chǎn)生發(fā)送完成中斷信號(hào)。這樣就可以把數(shù)據(jù)從串行端口上發(fā)送出去了。發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。
發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的部分程序如下：
發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果如圖5所示。
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