《eda课程设计》word版

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1、目录第一章设计原理11.1UART基本特点11.2UART结构组成1第二章UART设计内容32.1波特率发生器32.2发送模块设计32.3接收模块设计4第三章运行输出结果63.1分频器仿真及分析63.2发送模块仿真及分析63.3接收模块仿真及分析63.3数码显示模块7第四章总结8参考文献9附录10第一章设计原理UART协议是数据通信及控制系统中广泛使用的一种全双工串行数据传输协议，在实际工业生产中有时并不使用UART的全部功能。只需将其核心功能集成即可。波特率发生器、接收器和发送器是UART的三个核心功能模块，利用Verilo

2、g-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART（即UniversalAsynchronousReceiverTransmitter通用异步收发器）是广泛使用的串行数据传输协议。随着FPGA/CPLD的飞速发展与其在现代电子设计中的广泛应用，FPGA/CPLD功能强大、开发过程投资小、周期短、可反复编程、保密性好等特点也越来越明显。因此可以充分利用其资源，在芯片上集成UART功能模块，从而简化了电路、缩小了体积、提高了可靠性，而且设计时的灵活性更大，周期更短。1.1UART基本特点基本的UART通信只需要两条信号线（R

3、XD、TXD）就可以完成数据的相互通信，接收与发送是全双工形式。TXD是UART发送端，为输出；RXD是UART接收端，为输入。UART的基本特点是：（1）在信号线上共有两种状态，可分别用逻辑1（高电平）和逻辑0（低电平）来区分。在发送器空闲时，数据线应该保持在逻辑高电平状态。（2）起始位（StartBit）：发送器是通过发送起始位而开始一个字符传送，起始位使数据线处于逻辑0状态，提示接受器数据传输即将开始。（3）数据位（DataBits）：起始位之后就是传送数据位。数据位一般为8位一个字节的数据（也有6位、7位的情况），低位

4、（LSB）在前，高位（MSB）在后。（4）校验位（parityBit）：可以认为是一个特殊的数据位。校验位一般用来判断接收的数据位有无错误，一般是奇偶校验。在使用中，该位常常取消。（5）停止位：停止位在最后，用以标志一个字符传送的结束，它对应于逻辑1状态。（6）位时间：即每个位的时间宽度。起始位、数据位、校验位的位宽度是一致的，停止位有0.5位、1位、1.5位格式，一般为1位。（7）帧：从起始位开始到停止位结束的时间间隔称之为一帧。（8）波特率：UART的传送速率，用于说明数据传送的快慢。在串行通信中，数据是按位进行传送的，因

5、此传送速率用每秒钟传送数据位的数目来表示，称之为波特率。如波特率9600=9600bps（位/秒）。表1UART的数据帧格式STARTD0D1D2D3D4D5D6D7PSTOP起始位数据位校验位停止位1.2UART结构组成本设计以FPGA为基础来实现异步通信，而UART模块就为本设计关键所在，如图1所示，该模块主要有串行发送器、接收器以及波特率发生器三个模块组成。17波特率发生器模块：在异步通信中，发送方和接受方必须保持相同的波特率才能实现正确的数据传送。在本设计中，由于RS-232C传输必定是工作在某种波特率下，为了便于和R

6、S-232C总线进行同步，需要产生符合RS-232C传输波特率的时钟。图1UART模块图波特率发生器实际上就是一个分频器。可以根据给定的系统时钟频率（晶振时钟）和要求的波特率算出波特率分频因子，算出的波特率分频因子作为分频器的分频数。波特率分频因子可以根据不同的应用需要更改。由于串行数据帧和接收时钟是异步的，由逻辑1转为逻辑0可以被视为一个数据帧的起始位。然而，为了避免毛刺影响，能够得到正确的起始位信号，必须要求接收到的起始位在波特率时钟采样的过程中至少有一半都是属于逻辑0才可认定接收到的是起始位。由于内部采样时钟bclk周期

7、（由波特率发生器产生）是发送或接收波特率时钟频率的16倍，所以起始位需要至少8个连续bclk周期的逻辑0被接收到，才认为起始位接收到，接着数据位和奇偶校验位将每隔16个bclk周期被采样一次（即每一个波特率时钟被采样一次）。发送器只要每隔16个bclk周期输出1个数据即可，次序遵循第1位是起始位，最后一位是停止位。在本设计中没有校验位，但只要改变Generic参数FrameLen，也可以加入校验位，停止位是固定的1.5位格式。17第二章UART设计内容2.1波特率发生器波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制

8、状态改变的次数来表示，其单位是波特（Baud）。波特率与比特率的关系是比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。模拟线路信号的速率，也称调制速率，以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩，波特率等于每秒钟传输的数据位数，如果数据进行了压缩，那么每秒钟传输的数据位数通常大于