通用异步收发器UART设计说明.doc

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1、通用异步收发器UART设计——现代电子系统设计一、实验原理：通用异步收发器是一种广泛应用的短距离串行传输接口。常用于短距离，低速，低成本的微机与下位机的通讯中，—基本的UART连接通信图如下：RXD设备二TXDGNDTXD设备一TXDRXDGNDTXDUART只需两条信号线（RXD，TXD）和一条地线就可以完成全双工传输。由于UART是异步通讯，所以需要对数据进行同步，UART传输一个数据帧的容如下：UART发送部分的用途是将准备输出的并行数据，按照基本帧格式，转为TXD信号串行输出，这里串行话的时钟信号只要使用对应要求的波特率的本地时钟即可。UART接收部分RXD

2、接收串行信号并将其转化为并行数据，但串并转化的时钟显然同发送器一样处理，收发设备的时钟误差是会累计的，会导致接收数据不正确，这就需要用一个远远高于波特率的本地时钟信号对输入RXD不断取样，以不断让接收器和发送器保持同步，在设计中采用只有波特率时钟周期的1/16的时钟，需要用一个波特率发生器专门产生，因此本设计包含波特率发生器、UART接收器和发送器3个子模块和一个总模块。波特率发生器波特率发生器实际就是一个简单的分频器，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。已算出的波特率因子作为分频器的分频数。波特率发生器产生的时钟频率不是波特率时

3、钟频率，而是波特率时钟频率的16倍，目的是为在接收时进行精确地采样，以提出异步的串行数据。接收器...部采样时钟blck（波特率发生器产生）是发生或接收波特率时钟频率的16倍。所以需要至少8个连续blck周期的逻辑0被接收到，才认为起始位接收到，接着数据位将每隔16个blck周期被采样一次（即每一个波特率时钟采样一次），如果起始位的确是16个blck周期长，那么接下来的数据将在每个位的中点被采样。收发器状态图如下：r_tartr_enterr_wartr_sampr_stopr_start:等待起始位。当UART接收器复位后，接收状态机将处于这一状态，在此状态，状态

4、机一直等待RXD的电平跳变，从1变到0，即起始位，这意味着新的一帧UART的开始，一旦起始位被确定，状态将转入r_center状态。r_center:求中点。在本状态，就是由起始位求出每位中点，通过对bclk的个数进行计数（rcnt16）计数值不是理想的“1000”，要经过一个状态，即经过一个bclk周期，所希望的是的到的是采样时的1/2位，另外，对于偶然出现的干扰脉冲，由于其周期很短，所以可以认为当保持逻辑0超过1/4个位时间的信号一定是起始位。r_wait:等待采样。处于这一状态时，等待计满15个bclk，在第16个bclk是进入r_sample状态进行数据的采

5、样检测，同时也判断是否采集的数据长度已达到数据帧的长度（Framelen），如果达到，说明停止位来临了。本设计中，Frample默认为8，即对应得UART工作在8位数据位，无校验位。r_sample:数据位采样检测，完成后无条件转入r_wait状态，等待下次数据位的到来。r_stop:无论停止位是1位还是1.5位，或是2位，状态机载r_stop状态下不具体检测RXD，只是输出帧接收完毕信号（rec_done<=1）停止位后状态机转回到r_start状态，等待下一帧的起始位。发送器发送器状态转化图如下：x_Idleex_startx_waitx_shiftx_stop

6、x_Idle:空闲状态。当UART被reset复位后，进入这一状态，在此状态中，UART的发送器一直在等待一个数据帧发送命令xmit_cmd。X...mit_cmd_p信号是对xmit_cmd的处理，xmit_cmd_p是一个短脉冲信号。当xmit_cmd_p=1时，进入x_start，准备发送起始位。x_start:起始位。在此状态下，UART的发送器一个时间宽度的逻辑0信号至TXD，即起始位，紧接着状态机进入x_wait状态，xcnt16时bclk的计数器。x_wait:移位等待。接收x_wait类似。x_shift:移位状态。实现待发数据的并串转换。x_sto

7、p:停止位。数据帧发送完毕，转入该状态，并发送16个bclk周期的逻辑1信号，即1位停止位，发送完停止位后回到x_Idle状态，并等待另外一个数据帧的发送命令。总模块其实相当于UART的外部线路接口，就是成品的引脚图，它的接口一部份连接着其它模块，另一部份连接外部通信设备，其程序就是一些接口间数据的传送和接收。以下是对UART总模块中涉及的外部接口的简要说明。时钟信号clk（输入）：UART的系统时钟。复位信号rest(输入)）：UART系统总复位。16倍时钟bclk（输出）：16倍于波特率时钟。UART发送txd（输出）：UART异步串行发送端。发送缓冲xbu