基于FPGA的串行通信设计
基于fpga的串口设计及实现
基于fpga的串口设计及实现
基于FPGA的串口设计及实现是一个涉及数字电路设计和通信协
议的复杂课题。
首先，让我们从串口通信的基本原理开始。
串口通信是一种通过串行传输数据的通信方式，它使用一个或
多个数据线（通常是一对）来逐位地传输数据。
常见的串口通信标
准包括RS-232、RS-485、UART等。
在FPGA中实现串口通信，需要
考虑以下几个方面：
1. 串口通信协议选择，根据具体的应用场景和需求，选择合适
的串口通信协议。
例如，UART是一种常见的串口通信协议，它使用
起始位、数据位、校验位和停止位来传输数据。
2. 串口通信接口设计，在FPGA中设计串口通信接口，需要考
虑数据的发送和接收，时钟信号的同步等问题。
通常需要使用FPGA
的IO资源来实现串口通信接口。
3. 串口通信协议的实现，在FPGA中实现选择的串口通信协议，包括数据的发送和接收、时序控制、校验等功能。
这通常需要使用Verilog或VHDL等硬件描述语言进行开发。
4. 硬件调试和验证，设计完成后，需要进行硬件调试和验证，包括时序分析、波形仿真等工作，确保串口通信的稳定和可靠。
在实际的FPGA串口设计中，还需要考虑时钟频率、数据传输速率、数据格式、数据校验、中断处理等问题。
此外，还需要考虑FPGA与外部设备的接口，如与传感器、显示器、存储器等设备的接口设计。
总之，基于FPGA的串口设计及实现涉及到硬件设计、数字电路设计、通信协议等多个方面的知识，需要综合考虑各种因素，进行全面的设计和实现。
基于fpga的串口设计毕业论文【管理资料】
高等教育自学考试毕业设计（论文）题目基于ＦＰＧＡ的串口设计专业班级姓名指导教师姓名、职称所属助学单位2013年3月25日目录目录 (2)摘要 (3)第一节绪论 (4)研究背景 (4)１. ２课题研究现状及发展存在的主要问题 (4) (5) (5) (5)第二节 UART原理介绍 (6)UART结构和工作原理 (6)UART原理 (6) (7)第三节方案选择 (7)设计语言选择 (7) (7) (8) (8) (9) (9)第四节系统硬件设计 (9)器件芯片介绍 (9)FPGA核心板EP1C12介绍 (9)MAX232 (10)RS232 (11)系统整体结构 (11)第五节系统软件设计 (13) (13) (14) (15)第六节总结 (19)致谢 (20)参考文献 (20)摘要随着微电子技术的发展，电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展。
ＵＡＲＴ由于具有可靠性高、传输距离远、线路简单等优点，被广泛应用于串行通信电路。
本设计是基于现场可编程门阵列ＦＰＧＡ的嵌入式ＵＡＲＴ模块化设计方法。
利用ＦＰＧＡ实现ＵＡＲＴ的功能与ＰＣ机实现串口通信。
ＵＡＲＴ模块是通过ＭＸ２３２转换电平与ＰＣ机进行通信，采用硬件描述语言（ＶＨＤＬ）实现逻辑电路，整个设计采用模块化实现，通过有限状态机，增加设计灵活性、降低成本。
关键字【ＦＰＧＡ、ＵＡＲＴ、串行通信、ＰＣ机、ＶＨＤＬ】AbstracWith the Rapid development of microelectronics technology, Electronic equipment become smaller and integrated . UART because of its high reliability ,long transmission distance ,lines become broader and simple serial data communication design is based on Field Programmable Gate Array(FPGA) design methodology for embedded use FPGA to come true the communication between UART and personal computer,all based on these modules feature hardware description language VHDL and implemented through the finite state machine, and enhance design flexibility, reduced costs.Key Words:【ＦＰＧＡ、ＵＡＲＴ、USART、ＰＣ、ＶＨＤＬ】第一节绪论研究背景近几十年，电子技术飞速发展，高新科技日新月异。
基于fpga的串口通信
基于FPGA的串口通信设计学号：姓名：班级：指导教师：电子与控制工程学院一、串行通信系统1.1概述在计算机系统和微机网络的快速发展领域里串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。
UART Universal AsynchronousReceiver Transmitter控制系统中广泛使用的一种全双工串行数UART的全部功能。
只需将其核心功能集成即可。
波特率发生器、接收器和发送器是UART利用Verilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART是广泛使用的串行数据传输协议。
UART允许在串行链路上进行全双工的通信。
串行外设用到RS232-C UART实现。
如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART如FIFO有时我们不需要使用完整UART的功能和这些辅助功能。
或者设计上用到了FPGA/CPLD器件那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。
使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。
本文应用EDA FPGA/CPLD器件设计与实现UART。
通信指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方不同的环境下有不同的解释在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递是指由一地向另一地进行信息的传输与交换其目的是传输消息。
然而通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。
在各种各样的通信方式中利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)1.2串行通信简介计算机与计算机，计算机与外部设备进行数据交换也称为通信，一般有两种方式并行通信和串行通信。
信息的各位数据被同时传送的通信方法是并行通信并行通信依靠I/O接口来实现。
并行通信中数据有多少位就需要多少条信号传输线。
基于FPGA的SOC系统中的串口设计
基于FPGA的SOC系统中的串口设计1概述在基于FPGA的SOC设计中,常使用串口作为通信接口,但直接用FPGA进行串口通信数据的处理是比较繁杂的,特别是直接使用FPGA 进行串口通信的协议的解释和数据打包等处理,将会消耗大量的FPG A硬件资源。
为简化设计,降低硬件资源开销,可以在FPGA中利用IP核实现的嵌入式微处理器来对串口数据进行处理。
本文中的设计采用了XILINX的FPGA,可选用的嵌入式微处理器IP核种类繁多,但基于对硬件资源开销最少的考虑,最终选用了Picobl aze。
嵌入式微处理器PicoBlaze适用于Spartan-II/E、CoolRunner-II和Virtex系列FPGA,运行速度可达到40MIPS以上,提供49个不同的指令,16个寄存器,256个地址端口,1个可屏蔽的中断。
其性能超过了传统的8bit微处理器。
嵌入式微处理器Picoblaze的功能、原理见参考文献[1]。
Picoblaze使用灵活,但其缺点是可寻址的存储空间非常有限,因此为满足实际需要本文同时也提出了使用片外SDRAM器件对其存储能力进行扩展的设计方法。
2串口收发接口设计2.1串口收发接口硬件设计嵌入式微处理器PicoBlaze本身并不具备串行接口,因此必须在F PGA中设计串口接收和发送模块并通过总线结构与Picoblaze连接。
串口接收和发送模块的设计可采用成熟的IP核。
实际设计中采用了XLINX的串口收发IP核,其特点是串口波特率,符号规则都可以灵活地定制,同时具有16字节的接收FIFO和16字节的发送FIFO。
串口收发IP核的功能、原理见参考文献[2]。
使用Picoblaze和串口收发IP核构成的串口收发系统结构见图1。
在设计中,发送模块、接收模块和标志寄存器分别有不同的地址, Picoblaze通过地址端口对串口收发模块进行访问。
设计中的标志寄存器,可用于指示发送模块和接收模块中FIFO的状态,Picoblaze通过查询标志寄存器来完成对串口数据的收发控制。
基于FPGA的高速串行数据收发接口设计
基于FPGA的高速串行数据收发接口设计随着信息技术的不断发展，高速串行数据收发接口已经成为许多应用领域中的关键技术。
而基于FPGA的高速串行数据收发接口设计，可以充分发挥FPGA的并行计算和可编程性优势，实现高速数据传输和处理。
本文将介绍基于FPGA的高速串行数据收发接口的设计原理、关键技术和应用。
一、设计原理在高速串行数据收发接口中，主要涉及到以下几个方面的技术：物理接口、时钟同步、帧同步、数据编码和解码、差分信号传输等。
1.物理接口物理接口是指FPGA与外部设备之间进行数据传输的接口。
常见的物理接口包括LVDS、USB、PCIe等。
在设计中，需要选择合适的物理接口，并实现与FPGA之间的连接。
2.时钟同步时钟同步是指接收端与发送端的时钟信号保持同步，以确保数据的准确传输。
常见的时钟同步技术包括PLL锁相环、FIFO缓存等。
在设计中，需要使用适当的时钟同步技术，保证数据的稳定传输。
3.帧同步帧同步是指接收端能够正确识别数据帧的起始和结束标志，以及数据帧中的各个字段。
在设计中，通过使用标志位或者特定的编码格式，可以实现帧同步，保证数据的正确接收和解析。
4.数据编码和解码数据编码和解码是指将要传输的数据进行编码，以提高传输速率和抗干扰能力。
常见的数据编码和解码算法包括差分编码、曼彻斯特编码、8b/10b编码等。
在设计中，需要根据具体的应用需求，选择合适的数据编码和解码算法。
5.差分信号传输差分信号传输是指将发送端的信号分为正负两路进行传输，以提高传输速率和抗干扰能力。
差分信号传输可以有效抑制共模干扰和噪声，提高信号的可靠传输。
二、关键技术在基于FPGA的高速串行数据收发接口设计中，需要关注以下几个关键技术。
1.时钟和数据恢复由于传输中的时钟和数据可能存在相位偏移和抖动等问题，因此需要使用时钟和数据恢复技术来保持时钟的稳定，并将数据恢复到正确的状态。
2.信号完整性由于传输线上会存在反射、串扰等问题，需要采取合适的电路设计和布线策略，以提高信号的抗干扰能力和抗噪声能力，保证数据的可靠传输。
基于FPGA的串行接收模块的设计
基于FPGA的串行接收模块的设计1 前言随着FPGA 的飞速发展与其在现代电子设计中的广泛应用，越来越多的实验和设计中会运用FPGA 与RS232 通信。
与此同时，FPGA 具有功能强大、开发过程投资小、周期短、可反复编程等特点。
笔者在FPGA 芯片上集成了串行接收功能模块，从而简化了电路、缩小了电路板的体积、提高了可靠性。
本文主要介绍围绕FPGA 所设计的符合RS232 标准的串行接收模块。
2异步串行通信原理串行通信分为两种类型：同步通信方式和异步通信方式。
本设计采用的是异步通信方式，其的特点是：通信的发送方和接收方各自有独立的时钟，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，单位是bps。
本文采用的是19200bps。
异步传输是一个字符接一个字符传输。
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，用下降沿通知接收方传输开始，紧跟着起始位之后的是数据位，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，昀后是停止位，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一个下降沿，如图1 所示。
3 硬件接口电路原理设计在串行通信中，普遍采用的是RS232-C 接口的标准。
RS232-C 接口信号引脚的连接方式规定了25 芯的D 型连接器DB-25，本设计采用的是一个9 芯的D 型连接器DB-9，并且用昀为简单常用的三线制接法，即地、接受数据和发送数据三脚相连。
500)this.style.width=500;”border=“0” />本设计的硬件接口电路图如图2 所示，由三部分组成：FPGA 串口接收模块、MAX232 和DB-9。
基于FPGA的串口通信
module chuankou_1(clk,rxd,dig_bit,dig_seg);input clk,rxd;output[1:0]dig_bit;output[7:0]dig_seg;reg[1:0]dig_bit;reg[7:0]dig_seg;reg flag_bit;//数码管位标志//使用9600bps的波特率，使用其16倍频进行读取；reg clk_rxd;//16倍频，对于50MHZ的时钟，其分频系数为8'hA1;reg[7:0]cnt_clk_rxd;reg[3:0]cnt_read;//对16倍频的周期信号进行计数，每16次清零，并开始读取下一位数据；reg r1,r2,r3;//对每一位数读三次，以保证准确率；reg[7:0]data;//用来逐位接收串口的数据；reg[3:0]cnt_bit;//对data进行位选择；reg[2:0]state;reg clk_led;//数码管显示使用reg[11:0]cnt_clk_led;reg[3:0]num;//产生16倍频的时钟；always@(posedge clk)beginif(cnt_clk_rxd>=8'ha1)begincnt_clk_rxd<=8'd0;clk_rxd<=~clk_rxd;endelsecnt_clk_rxd<=cnt_clk_rxd+1'b1;endparameter IDLE=3'b000,READ=3'b001,WRITE=3'b010;always@(posedge clk_rxd)begincase(state)IDLE:beginif(rxd==1'b1)beginstate<=IDLE;cnt_read<=4'd0;endelsebeginif(cnt_read<4'd15)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;state<=IDLE;endelsebegincnt_read<=4'd0;state<=READ;endendendREAD:beginif(cnt_bit<=4'd7)beginif(cnt_read==4'd4)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r1<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd9)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r2<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd12)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r3<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd15)beginif((r1==r2)&&(r2==r3)&&(r1==r3))begindata[cnt_bit]<=r3;//取值;state<=READ;cnt_read<=4'd0;cnt_bit<=cnt_bit+1'b1;endelsebegincnt_bit<=4'd0;state<=IDLE;cnt_read<=4'd0;endendelsebeginstate<=READ;cnt_read<=cnt_read+1'b1;endendelsebeginstate<=WRITE;cnt_bit<=4'd0;endendWRITE://此状态暂时未用；beginstate<=IDLE;enddefault:state<=IDLE;endcaseend//以下是数码管显示部分；parameter segcode0=8'b1100_0000;parameter segcode1=8'b1111_1001;parameter segcode2=8'b1010_0100;parameter segcode3=8'b1011_0000;parameter segcode4=8'b1001_1001;parameter segcode5=8'b1001_0010;parameter segcode6=8'b1000_0010;parameter segcode7=8'b1111_1000;parameter segcode8=8'b1000_0000;parameter segcode9=8'b1001_0000;parameter segcodea=8'h88;parameter segcodeb=8'h83;parameter segcodec=8'hc6;parameter segcoded=8'ha1;parameter segcodee=8'h86;parameter segcodef=8'h8e;always@(posedge clk)beginif(cnt_clk_led>=12'h9c3)begincnt_clk_led<=12'd0;clk_led<=~clk_led;endelsecnt_clk_led<=cnt_clk_led+1'b1;endalways@(posedge clk_led)beginflag_bit<=flag_bit+1'b1;case(flag_bit)1'b0:dig_bit<=2'b10;1'b1:dig_bit<=2'b01;endcaseendalways@(posedge clk_led)begincase(flag_bit)1'b0:num<=data[3:0];1'b1:num<=data[7:4];endcaseendalways@(num)begincase(num)4'd0:dig_seg<=segcode0;4'd1:dig_seg<=segcode1;4'd2:dig_seg<=segcode2;4'd3:dig_seg<=segcode3;4'd4:dig_seg<=segcode4;4'd5:dig_seg<=segcode5;4'd6:dig_seg<=segcode6;4'd7:dig_seg<=segcode7;4'd8:dig_seg<=segcode8;4'd9:dig_seg<=segcode9;4'd10:dig_seg<=segcodea;4'd11:dig_seg<=segcodeb;4'd12:dig_seg<=segcodec;4'd13:dig_seg<=segcoded;4'd14:dig_seg<=segcodee;4'd15:dig_seg<=segcodef;endcaseendendmodule。
基于FPGA 的异步串行通信控制器的设计与实现
基于FPGA 的异步串行通信控制器的设计与实现摘要】本论文采用VHDL 语言描述硬件功能，利用Altera 公司的FPGA 芯片,采用模块化设计方法设计UART（通用异步收发器）的各个模块，在QuartusII 和ModelSim 环境下进行设计、编译、仿真和下载。
而上位机利用VC6.0 实现PC 机与UART 的通信。
最后的通信测试表明系统数据完全正确。
【关键词】UART FPGA VHDL VC【中图分类号】TN02 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2009）01－0023－03【Abstract】This paper described the hardware functions by VHDL and designed the UART modules in modularization method by usingFPGA COMS chip of Altera company, which was designed, compiled, simulated and downloaded in QuartusII and ModelSim. However, uppermachine used VC6.0 to realize the communication between PC and UART. The final simulation results show the system data is completedcorrect.【Key words】UART FPGA VHDL VC一、引言UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）通用异步收发器、是一种应用非常广泛的短距离串行传输接口，主要应用于短距离、低速低成本的微机与下位机的实时通讯中，串行外设接口芯片的型号有很多，如16550 等，然而这类芯片本身已经相当复杂，有的甚至含有许多辅助的功能模块（如FIFO），但是实际应用中常常不需要使用如此完整的UART 的功能以及这些辅助功能。