摘 要
随着计算机系统和微机网络的快速发展，串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。各种新型通用异步串行接收/发送器UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter），它们较好的满足了时下的需求，并且能够实现比较全面的串行通信功能；但是常用UART芯片比较复杂且移植性差，而且在实际应用过程中，我们只需要其部分的功能，因而造成一定的资源浪费。本设计提出一种采用可编程器件FPGA 实现UART 的方法，实现了对UART 的模块化设计方法。最后将UART的核心功能集成到FPGA上，使整体设计紧凑，小巧,实现的UART功能。
本说明书在介绍串行通信、可编程ASIC和VHDL语言之后，着重讨论了如何使用可编程ASIC实现多串口模块，提出了一种专用异步串行通信电路的FPGA实现方法，具体描述了发送、接收、波特率发生模块及接口模块的设计，详细阐述了各个模块的流程、结构与设计细节，并且给出了各个模块及整个系统的仿真结果及分析。该电路根据实际应用中串口复用的要求，扩展四路串口，形成一个多串口模块。这样便充分利用FPGA的资源，提高了设计的灵活性和稳定性，简化了电路、缩小了体积、提高了稳定性，具有更大的灵活性。
关键词：可编程专用集成电路；串行通信；通用异步串口；系统级芯片；IP核。
目 录
引言 ………………………………………………………………………………………1
1 设计的目的和任务 …………………………………………………………………2
1.1 设计的目的 ……………………………………………………………………………2
1.2 设计的任务 ……………………………………………………………………………2
2 串行通信 ……………………………………………………………………………2
2.1 物理接口标准 ……………………………………………………………………… 3
2.1.1 串行通信接口的基本任务 ………………………………………………………3
2.1.2 RS-232-C标准 ……………………………………………………………………4
2.1.3 EIA-RS-232C与TTL转换 ………………………………………………………5
2.1.4 DB-9 连接器 ………………………………………………………………………5
2.1.5 RS-232C的接口信号 ………………………………………………………………6
2.1.6 RS232C串口通信接线方法 ………………………………………………………8
2.2 串行通信协议 ………………………………………………………………………8
3 设计分析及芯片选型 ……………………………………………………………9
3.1 设计分析 ……………………………………………………………………………9
3.2 芯片选型 ……………………………………………………………………………10
4 UP-TO-DOWN设计 …………………………………………………………………10
4.1 系统顶层设计 ………………………………………………………………………10
4.2 模块的设计 ………………………………………………………………………10
4.2.1 接收模块的设计 …………………………………………………………………11
4.2.2 抽样模块及波特率产生模块的设计 ……………………………………………16
4.2.3 发送模块的设计 …………………………………………………………………17
5 系统的仿真和综合 ………………………………………………………………20
5.1 交互式仿真方法 ……………………………………………………………………20
5.2 仿真程序的设计方法 ………………………………………………………………21
5.3 各模块仿真结果及分析 ……………………………………………………………21
5.4 综合 …………………………………………………………………………………24
5.5 硬件仿真及调试 ……………………………………………………………………24
6 结论 …………………………………………………………………………………25
谢辞 ……………………………………………………………………………………26
参考文献 ………………………………………………………………………………27
附录 ……………………………………………………………………………………28
