基于FPGA串口通信系统的设计与开发

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1、基于FPGA串口通信系统设计摘要：UART(即UniversalAsynchronousReceiverTransmitter)是数据通信及控制中广泛使用的一种全双工串行数据传输协议。本设计基于FPGA器件实现对UART的波特率产生器、UART发送器和接收器及其整合电路的模块化设计，采用VerilogHDL语言对三个功能模块进行硬件描述。通过串口调试助手进行验证，其结果完全符合UART协议的要求和预期的结果。关键词：UART;FPGA;VerilogHDL;验证BasedonFPGAserialportcommunicationssys

2、temdesignAbstract：UART(i.e.UniversalAsynchronousReceiverTransmitter)isinthedatacommunicationandthecontrolthewidespreaduseonekindoffull-duplexserialdatatransmissionagreement.ThisdesignrealizesbasedontheFPGAcomponenttotheUARTbaudrateproducer,theUARTtransmitterandthereceive

3、randtheconformityelectriccircuit'smodulardesign,usesVerilogtheHDLlanguagetocarryonthehardwaredescriptiontothreefunctionalmodules.Debugstheassistantthroughtheserialporttocarryontheconfirmation,itsresultmeets.Keywords：UART,FPGA,VerilogHDL,Validate目录第一章绪论11.1课题背景11.2现场可编程门阵

4、列FPGA11.2VerilogHDL简介3第二章串行通信系统52.1概述52.2通信简述52.2.1串行通信概念62.3RS-232C总线72.3.1RS-232C接口特性82.4串行通信接口组成92.5UART通信协议102.6系统整体结构12第三章UART系统设计143.1UART简介143.2接收模块功能设计描述173.3发送模块功能设计描述233.4波特率模块303.5验证31结论33致谢34参考文献35附录一37附录二38第一章绪论1.1课题背景随着微电子技术的发展，数字电路系统正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展

5、。推动该潮流迅猛发展的引擎就是日趋完善的专用集成电路ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）设计技术。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路，以及许多具有特定功能的专用集成电路ASIC。ASIC通常包括全制定、半制定及可编程逻辑器件（包括简单的SPLD复杂的CPLD和FPGA）。对于前两种，由于生产中需要支付一次性工程费用所以小批量生产、试验项目等不可能采用前两种方法。因此可编程逻辑器件已成为实现ASIC的主要手段。可编程器件具有保密性强、体积小、重量轻、可靠性高等

6、ASIC的共同优点，同时它还具有现场可编程的特性。与普通电路的集成电路相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具优先等特点，因而现在被广泛地应用在数字通信、图形图像、仪表、兵器等系统中。由于集成电路的广泛应用，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商类独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而可编程逻辑器件正处于高速发展的阶段。新型的FPGA/CPLD规模越来越大，成本越来越低，。高性价比使可编程器件

7、在硬件设计领域扮演着日益重要的角色。低端CPLD已逐步取代了74系列等传统的数字元件，高端的FPGA也在不断地夺取ASIC的市场份额，特别是目前大规模FPGA多数支持可编程片上系统，与CPU的有机结合使FPGA已经不仅仅是传统的硬件电路设计手段，而逐步升华为系统实现工具。1.2现场可编程门阵列FPGA20世纪80年代中期，FPGA刚出现时，大部分用来实现粘合逻辑、中等复杂度的状态机和相对有限的数据处理任务。在20世纪90年代早期，FPGA的规模和复杂度开始增加，那时它们的主要场所在通信和网络领域。到了20世纪90年代末，FPGA在消费、

8、汽车和工业领域的应用经历了爆炸式增长。21世纪早期，已经可以买到数百万容量的高性能FPGA。今天FPGA几乎可以用来实现任何东西，包括通信设备和软件定义无线电，雷达、影像和其它数字信号处理的应用，直至包含硬