FPGA基础之UART通信

最新推荐文章于 2024-09-25 11:48:04 发布

原创

最新推荐文章于 2024-09-25 11:48:04 发布 · 2.4k 阅读

7 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#fpga/cpld

本文详细介绍了UART串口通信的工作原理，包括起始位、数据位和停止位的传输时序。通过FPGA实现串口发送和接收，涉及到波特率计算、分频计数、数据采样及错误检测。在发送部分，展示了如何根据系统时钟生成波特率时钟和发送数据；在接收部分，使用多次采样判断数据位，确保数据准确性。此外，还提供了仿真测试结果以验证设计的正确性。

串口协议简介
串口通讯(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)是一种异步传输的通用数据总线，包括了RS232、RS485等接口标准和总线标准，传输简单，将数据在串行通信与并行通信之间转换，可以实现全双工发送和接收。 UART的工作原理是将数据的每一个bit从低到高，依次输出到总线上，其通信协议时序如下：
在这里插入图片描述

图1 串口时序

如上图所示，为串口协议进行数据传输的时序状态。一个完整的字节传输包括了1个起始位，8个数据位和1个停止位，总共10位数据来计算。其中，数据位可设置为5、6、7或者8(默认)。波特率(Baud)表示串口设备数据传输的速率，在图中，垂直虚线表示进行数据的切换，中间的黑点表示数据采样点。典型的波特率设置一般为9600、19200、38400、57600和115200，波特率越高，数据的传输越快。

串口发送

根据串口通信的时序，在FPGA上实现串口的发送设计。
波特率时钟计算
在进行串口发送时，需要进行波特率的时钟计算，来确定当前发送的数据时钟。首先计算出对应波特率的时钟周期，假设波特率为115200，其时钟周期为1000000000/115200=8680.6ns，根据当前的系统时钟(sys_clk)频率，算出时钟计数值。波特率时钟计数值的代码如下：

	localparam  BUAT_RATE9600 = 3'd0,
				BUAT_RATE19200 = 3'd1,
				BUAT_RATE38400 = 3'd2,
				BUAT_RATE57600 = 3'd3,
				BUAT_RATE115200 = 3'd4;

	localparam  BUAT_SENDRATE9600 = 17'd104167/SYS_CLOCK_PERIOD - 1,
				BUAT_SENDRATE19200 = 16'd52083/SYS_CLOCK_PERIOD - 1,
				BUAT_SENDRATE38400 = 15'd26041/SYS_CLOCK_PERIOD - 1,
				BUAT_SENDRATE57600 = 15'd17361/SYS_CLOCK_PERIOD - 1,
				BUAT_SENDRATE115200 = 14'd8680/SYS_CLOCK_PERIOD - 1;

	always@(posedge sys_clk_i or negedge rst_n)begin
		if(!rst_n)
			bsp_DR <= BUAT_SENDRATE9600;
		else begin
			case(buad_set_i)
			BUAT_RATE9600: bsp_DR <= BUAT_SENDRATE9600;
			BUAT_RATE19200: bsp_DR <= BUAT_SENDRATE19200;
			BUAT_RATE38400: bsp_DR <= BUAT_SENDRATE38400;
			BUAT_RATE57600: bsp_DR <= BUAT_SENDRATE57600;
			BUAT_RATE115200: bsp_DR <= BUAT_SENDRATE115200;
			default:bsp_DR <= BUAT_SENDRATE9600;
			endcase
		end
	end

分频计数
在计算出波特率的计数值后，利用计数器来生成波特率的时钟，实现代码如下：

	always@(posedge sys_clk_i or negedge rst_n)begin
		if(!rst_n)
			bsp_div_cnt <= 13'd0;
		else if(ua

最低0.47元/天解锁文章