基于fpga的通用异步收发机的设计(赵权、刘翠玲)new

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1、万方数据第26卷第1期北京工商大学学报(自然科学版)V01．26No．12008年1月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(NaturalScienceEdition)Jan．200853文章编号：1671—1513(2008)01—0053—04基于FPGA的通用异步收发机的设计赵权，刘翠玲(北京工商大学信息．r-希2学院，北京100037)摘要：阐述了通用异步收发机(UART)异步串行通信原理，介绍了实现UART异步串行通信的硬件接口电路及各部分

2、硬件模块，同时还介绍了用硬件描述语言Verilog来开发UART通信接口电路模块的方法．研究基于Verilog语言，结合有限状态机的设计方法来实现UART，将其核心功能集成到现场可编程门阵列(FPGA)_L，使其整体设计紧凑、小巧，实现的UART功能稳定、可靠；同时，与其他设计方法相比较，利用有限状态机的方法具有结构模式直观简单，设计流程短，程序层次分明，易综合，可靠性高等优点，这种方法必将在电子设计自动化(EDA)技术申发挥重要作用．关键词：VerilogHDL；通用异步收发机；现场可编程门阵列；状态机中

3、图分类号：TN919．6文献标识码：A通用异步收发机(universalasynchronousreeeiv—er／transmitter，UART)是广泛使用的串行数据通信电路模块，因为其要求的传输线少，可靠性高，传输距离远．它提供了RS232C数据终端设备接口，使得系统间互联常采用RS232接口方式．一般说来，该接口由硬件(uART专用芯片)实现．UART功能包括微处理器接口、用于数据传输的缓冲器(Buffer)、帧产生、奇偶校验、并串转换等．广泛应用于军事、工业、医药、通信、自动控制、仪器、话音图像处

4、理等众多领域．首先介绍异步串行通信原理，然后着重介绍用硬件描述语言Verilog来开发符合Rs232标准的UART通信接口电路的现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，FPGA)设计．1UART的通信原理UART即通用异步收发器，是一种串行通信方式．数据在传输过程中是通过一位一位地进行传输来实现通信的．串行通信具有传输线少、成本低等优点，缺点是速度慢．串行通信分为两种类型：同步通信方式和异步通信方式．方案采用的是异步通信方式，其特点是：通信的发送方和接收方各自具有独立的时钟，

5、传输的速率由双方约定．国际上规定的一个串行通信波特率标准系列是：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、19200．方案采用的波特率是9600Hz【1]．异步传输是一个字符接一个字符传输，在没有传送代码时，通讯线会一直处于逻辑1状态；而传送时，数据两头必须加上起始位和停止位．停止位的起始时间可选为1位、1．5位或2位．一个字符的信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成．每一个字符的传送靠起始位来同步，字符的前面是一位起始位，用时钟下降沿通知接收方传输开始，紧跟着起始位之

6、后的是数据位，传输时低位在前、高位在后，字符本身由5～8位数据位组成．数据位后面是奇偶校验位，最后是停止位．停止位是高电平标志一个字符的结束，并为下一个字符的开始传送做准备．停止位后面是不定长度的空闲位．停止位和空闲位都规定高电平，这样可以保证起始位开始处有收稿日期：2007—09—27作者简介：赵权(1982一)。男。河南信阳人，硕士研究生，研究方向为仪器仪表及其自动化；刘翠玲(1965一)，女，黑龙江大庆人．教授。博士，主要从事模式识别与智能控制系统研究万方数据北京工商大学学报(自然科学版)2008年1

7、月一个下降沿．如图1，方案中采用1位起始位，8位数据位，不设奇偶校验位，2位停止位，波特率可调的数据传输方式[2J．一l，LjET’I'5日起始位位停止位I8位数据停止位空闲位1叭Il10／1o／l0／10／ll10I}I．氐位高位下降沿指玎≮一位宽取决于波特率字符的开始图1异步串行通信的字符格式采用／kitera公司的QuartusII为设计平台，设计采用的(hardwaredescriptionlanguage，HDL)语言为Verilog，作为本系统逻辑描述程序的唯一表达语言，采用自顶向下的设计原则，

8、对异步接收发送器(uART)进行设计．同时选用Altera公司的ACEX1K系列器件EPlKl00QC208—3来实现最终的UART电路．2UART的VerilogHDL实现2．1接收模块在异步串行通信中，需要采取有效的措施来避免错误的出现：找准帧头起始位；选择比较可靠的采集点，确保数据判断正确；采取有效的方法判断帧格式，纠正帧错误．接收端不断检测线路的状态，若连续为1后又检测到一个0。就知道发来一个新字符，应马