基于vhdl的uart控制器系统的方案设计研究

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1、摘要UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通用异步接收/发送装置，是设备之间进行通信广泛使用的接口。当两个设备需要通信时，通常采用数字信号，这种并行的信号必须转换成串行信号才能传输。在目的端，串行信号又转换成并行信号进行处理。UART控制器就是处理这种数据总线和串行口之间的串-并和并-串转换。本文所要实现的就是这种串-并和并-串的转换，使之能够进行数据的传输。现在市场上有许多为UART开发的专用芯片，但是其功能固定，不能根据用户的需求来灵活的改变控制逻辑。因此，本文介绍了用FPGA技术实现UART控制器设计的一种方法，用VHDL进行编

2、程，在MAX+plusII10.2下进行编译及仿真，从而实现能够更改灵活、既方便又实用的UART具有重要意义。关键字：FPGA，VHDL，UART，接收，发送AbstractUART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)，isthekeyofcommunicationsbetweendevices.Whenadeviceneedstocommunicatewithaconnecteddevice,usuallydigitalsignalsapplied,whichmustbetransformedintoserialisedsignaltoan

3、otherdevice.UARTprocessesthisserial_datatoparallel_data/parallel_datatoserial_datatransformbetweendatabusandslaveport.Thispaperistoimplementthisserialtoparallelandparalleltoserialtransformandmakethetransferringbetweendataproperly.ThispaperintroducesamethodimplementedbyFPGAtechniqueprogrammedbyVHDL,

4、simulatedandcompiledbyMAX+plusII10.2.inordertomakeitflexible,convenientandpracticalsothattheUARTisgreatsignificance.Keywords:FPGA,VHDL,UART,receive,send11目录摘要1ABSTRACT2第一章前言51.1本文研究的背景51．2本文研究的内容51.3本论文的结构安排如下6第二章计算机接口与RS-232串口简介72.1计算机接口介绍72.1.1计算机接口简介72.2RS-232串口通信简介82.2.1串行通信概述82.2.2．RS-232协议92.

5、2.3．RS-232通信时序和UART112.2.4.串行通信实现方案13第三章EDA技术及FPGA的概述143.1EDA技术发展历程143.1.1CAD阶段143.1.2CAE阶段143.1.3EDA阶段153.2EDA技术的基本特征及优势153.3MAX+plusII软件介绍163.3.1MAX+plusII开发系统的特点183.3.2项目编译193.3.3项目仿真20第四章UART方案设计214.1UART实现原理214.2UART工作流程22第五章UART模块的VHDL语言设计255.1信号监测模块的实现255.2波特率发生器模块的实现255.3移位寄存器模块的实现285.4奇偶校验

6、器模块实现295.5总线选择模块的实现305.6计数器模块的实现315.7UART内核模块的实现325.7.1UART内核模块的接口325.7.2UART内核模块的状态机设计385.7.3UART内核模块的实现405.8UART顶层模块的实现48第六章UART的VHDL程序的仿真、验证526.1编译、综合526.2UART主要模块仿真波形526.2.1信号监测器模块的仿真526.2.2波特率时钟模块的仿真536.2.3移位寄存器模块的仿真536.2.4奇偶校验器模块的仿真536.2.5总线选择器模块的仿真546.2.6计数器模块的仿真546.2.7顶层模块的仿真54总结57致谢58参考文献5

7、9第一章前言1.1本文研究的背景在1980至1990年代，提供FPGA数万逻辑门的FPGA器件主要被系统设计人员用作“连接逻辑”，将电路板上的不同元器件连接到一起，或用来修正ASIC不方便处理的问题。但在1990年代末期，百万门现场可编程门阵列（FPGA）产品的出现使在单块可编程芯片中集成系统级功能成为可能。目前市场上出售的最大规模FPGA产品有600万系统门和1.4亿个晶体管，已经跻身于最复杂的半导体器件之