《eda課程設(shè)計》word版

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1、目錄第一章設(shè)計原理11.1UART基本特點11.2UART結(jié)構(gòu)組成1第二章UART設(shè)計內(nèi)容32.1波特率發(fā)生器32.2發(fā)送模塊設(shè)計32.3接收模塊設(shè)計4第三章運行輸出結(jié)果63.1分頻器仿真及分析63.2發(fā)送模塊仿真及分析63.3接收模塊仿真及分析63.3數(shù)碼顯示模塊7第四章總結(jié)8參考文獻9附錄10第一章設(shè)計原理UART協(xié)議是數(shù)據(jù)通信及控制系統(tǒng)中廣泛使用的一種全雙工串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，在實際工業(yè)生產(chǎn)中有時并不使用UART的全部功能。只需將其核心功能集成即可。波特率發(fā)生器、接收器和發(fā)送器是UART的三個核心功能模塊，利用Veri

2、log-HDL語言對這三個功能模塊進行描述并加以整合UART（即UniversalAsynchronousReceiverTransmitter通用異步收發(fā)器）是廣泛使用的串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。隨著FPGA/CPLD的飛速發(fā)展與其在現(xiàn)代電子設(shè)計中的廣泛應(yīng)用，F(xiàn)PGA/CPLD功能強大、開發(fā)過程投資小、周期短、可反復(fù)編程、保密性好等特點也越來越明顯。因此可以充分利用其資源，在芯片上集成UART功能模塊，從而簡化了電路、縮小了體積、提高了可靠性，而且設(shè)計時的靈活性更大，周期更短。1.1UART基本特點基本的UART通信只需要兩條信

3、號線（RXD、TXD）就可以完成數(shù)據(jù)的相互通信，接收與發(fā)送是全雙工形式。TXD是UART發(fā)送端，為輸出；RXD是UART接收端，為輸入。UART的基本特點是：（1）在信號線上共有兩種狀態(tài)，可分別用邏輯1（高電平）和邏輯0（低電平）來區(qū)分。在發(fā)送器空閑時，數(shù)據(jù)線應(yīng)該保持在邏輯高電平狀態(tài)。（2）起始位（StartBit）：發(fā)送器是通過發(fā)送起始位而開始一個字符傳送，起始位使數(shù)據(jù)線處于邏輯0狀態(tài)，提示接受器數(shù)據(jù)傳輸即將開始。（3）數(shù)據(jù)位（DataBits）：起始位之后就是傳送數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位一般為8位一個字節(jié)的數(shù)據(jù)（也有6位、7位的

4、情況），低位（LSB）在前，高位（MSB）在后。（4）校驗位（parityBit）：可以認(rèn)為是一個特殊的數(shù)據(jù)位。校驗位一般用來判斷接收的數(shù)據(jù)位有無錯誤，一般是奇偶校驗。在使用中，該位常常取消。（5）停止位：停止位在最后，用以標(biāo)志一個字符傳送的結(jié)束，它對應(yīng)于邏輯1狀態(tài)。（6）位時間：即每個位的時間寬度。起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位的位寬度是一致的，停止位有0.5位、1位、1.5位格式，一般為1位。（7）幀：從起始位開始到停止位結(jié)束的時間間隔稱之為一幀。（8）波特率：UART的傳送速率，用于說明數(shù)據(jù)傳送的快慢。在串行通信中，數(shù)據(jù)是按

5、位進行傳送的，因此傳送速率用每秒鐘傳送數(shù)據(jù)位的數(shù)目來表示，稱之為波特率。如波特率9600=9600bps（位/秒）。表1UART的數(shù)據(jù)幀格式STARTD0D1D2D3D4D5D6D7PSTOP起始位數(shù)據(jù)位校驗位停止位1.2UART結(jié)構(gòu)組成本設(shè)計以FPGA為基礎(chǔ)來實現(xiàn)異步通信，而UART模塊就為本設(shè)計關(guān)鍵所在，如圖1所示，該模塊主要有串行發(fā)送器、接收器以及波特率發(fā)生器三個模塊組成。17波特率發(fā)生器模塊：在異步通信中，發(fā)送方和接受方必須保持相同的波特率才能實現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)傳送。在本設(shè)計中，由于RS-232C傳輸必定是工作在某種波

6、特率下，為了便于和RS-232C總線進行同步，需要產(chǎn)生符合RS-232C傳輸波特率的時鐘。圖1UART模塊圖波特率發(fā)生器實際上就是一個分頻器?？梢愿鶕?jù)給定的系統(tǒng)時鐘頻率（晶振時鐘）和要求的波特率算出波特率分頻因子，算出的波特率分頻因子作為分頻器的分頻數(shù)。波特率分頻因子可以根據(jù)不同的應(yīng)用需要更改。由于串行數(shù)據(jù)幀和接收時鐘是異步的，由邏輯1轉(zhuǎn)為邏輯0可以被視為一個數(shù)據(jù)幀的起始位。然而，為了避免毛刺影響，能夠得到正確的起始位信號，必須要求接收到的起始位在波特率時鐘采樣的過程中至少有一半都是屬于邏輯0才可認(rèn)定接收到的是起始位。由于

7、內(nèi)部采樣時鐘bclk周期（由波特率發(fā)生器產(chǎn)生）是發(fā)送或接收波特率時鐘頻率的16倍，所以起始位需要至少8個連續(xù)bclk周期的邏輯0被接收到，才認(rèn)為起始位接收到，接著數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位將每隔16個bclk周期被采樣一次（即每一個波特率時鐘被采樣一次）。發(fā)送器只要每隔16個bclk周期輸出1個數(shù)據(jù)即可，次序遵循第1位是起始位，最后一位是停止位。在本設(shè)計中沒有校驗位，但只要改變Generic參數(shù)FrameLen，也可以加入校驗位，停止位是固定的1.5位格式。17第二章UART設(shè)計內(nèi)容2.1波特率發(fā)生器波特率是指數(shù)據(jù)信號對載波的調(diào)制

8、速率，它用單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示，其單位是波特（Baud）。波特率與比特率的關(guān)系是比特率=波特率X單個調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)的二進制位數(shù)。模擬線路信號的速率，也稱調(diào)制速率，以波形每秒的振蕩數(shù)來衡量。如果數(shù)據(jù)不壓縮，波特率等于每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，如果數(shù)據(jù)進行了壓縮，那么每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)通常大于