一種高可靠性的計算機與FPGA串行通信的實現(xiàn)

摘要：主要介紹以FPGA為硬件平臺的下位機與計算機(上位機)進行串行通信，將串口功能集成到單片FPGA內，運行中波特率可調，經過適當?shù)谋?、分頻實現(xiàn)了零誤差的波特率發(fā)生器，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/可靠性">可靠性。上位機上編寫VB程序負責主設備的發(fā)送命令并接收顯示來自FPGA回發(fā)的數(shù)據(jù)，實驗結果表明通信可行，可靠性高。
關鍵詞：FPGA；串行通信；VB；可靠性

串行通信廣泛應用于數(shù)字通信和工業(yè)控制領域，傳統(tǒng)的專用串口通信芯片接口復雜，體積較大，隨著微電子技術的發(fā)展，F(xiàn)PGA的等效門數(shù)迅速增加，可以完全將串口功能集成在單片F(xiàn)PGA內，減少了外圍電路的體積，降低了設計的復雜性，同時也提高通信的可靠性。

1 串行通信的原理
串行通信是指通信的發(fā)送和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上完成，以每次一個二進制的0或1為最小單位逐位進行傳輸，本文采用異步的全雙工通信方式，數(shù)據(jù)傳輸是以字符為單位，如圖1所示為異步通信的幀格式。

其中，一幀數(shù)據(jù)包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。線路空閑狀態(tài)下，發(fā)送和接收端均保持高電平；通信開始時，通信一方發(fā)送一個起始位(低電平)，表示通信的開始，緊接著發(fā)送有效的數(shù)據(jù)位，通常約定的數(shù)據(jù)位有5，6，7或者8位，根據(jù)用戶需要進行設定，然后發(fā)送校驗位，這里選用偶校驗，最后發(fā)送停止位，可以是1，1．5或2位不等，用戶自行約定即可。本文選用8位數(shù)據(jù)位、偶校驗、1位停止位，可以實現(xiàn)所有字符的收、發(fā)。
串行通信傳送數(shù)據(jù)是按位順序進行，最少只需要一根傳輸線即可完成，要實現(xiàn)全雙工的通信共需要2根數(shù)據(jù)線和1根接地線即可，通信雙方可以在同一時刻進行發(fā)送和接收的操作。本文采用的是RS 232C串行接口標準，是目前PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。但計算機的串口是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與FPGA電路板上以高低電平表示的邏輯狀態(tài)的標準不同。因此，為了能夠同計算機進行通信，必須在兩者之間進行電平的邏輯關系轉換，本文采用集成電路芯片MAX232來完成兩種電平的雙向轉換。如圖2所示。