FPGA與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)RS232串口通信的設(shè)計(jì)

摘要：本文針對(duì)由FPGA構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力弱的問(wèn)題，提出FPGA與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串行通信的解決方案。在通信過(guò)程中完全遵守RS232協(xié)議，具有較強(qiáng)的通用性和推廣價(jià)值。
1 前言
現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件（FPGA）在高速采集系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，由于FPGA對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的處理能力比較差，故需要將其采集到的數(shù)據(jù)送到其他CPU系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理功能，這就使FPGA系統(tǒng)與其他CPU系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信提到日程上，得到人們的急切關(guān)注。本文介紹利用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) FPGA與單片機(jī)的串口異步通信電路。
整個(gè)設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，可分為四個(gè)模塊：FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，F(xiàn)PGA波特率發(fā)生控制模塊，F(xiàn)PGA總體接口模塊以及單片機(jī)數(shù)據(jù)接收模塊。本文著重對(duì)FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說(shuō)明。
2 FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)
根據(jù)RS232 異步串行通信來(lái)的幀格式，在FPGA發(fā)送模塊中采用的每一幀格式為：1位開始位 8位數(shù)據(jù)位 1位奇校驗(yàn)位 1位停止位，波特率為2400。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是將一個(gè)16位的數(shù)據(jù)封裝成高位幀和低位幀兩個(gè)幀進(jìn)行發(fā)送，先發(fā)送低位幀，再發(fā)送高位幀，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，加上文件頭和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，文件頭用555555來(lái)表示，只有單片機(jī)收到555555時(shí)，才將下面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)位進(jìn)行接收，并進(jìn)行奇校驗(yàn)位的檢驗(yàn)，正確就對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)處理功能，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以根據(jù)需要任意改變。由設(shè)置的波特率可以算出分頻系數(shù)，具體算法為分頻系數(shù)X=CLK/(BOUND*2)?？捎纱耸剿愠鏊璧娜我獠ㄌ芈?。下面是實(shí)現(xiàn)上述功能的VHDL源程序。
Library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity atel2_bin is
port( txclk: in std_logic; --2400Hz的波特率時(shí)鐘
reset: in std_logic; --復(fù)位信號(hào)
din: in std_logic_vector(15 downto 0); --發(fā)送的數(shù)據(jù)
start: in std_logic; --允許傳輸信號(hào)
sout: out std_logic --串行輸出端口
);
end atel2_bin;
architecture behav of atel2_bin is
signal thr,len: std_logic_vector(15 downto 0);
signal txcnt_r: std_logic_vector(2 downto 0);
signal sout1: std_logic;
signal cou: integer:=0;
signal oddb:std_logic;
type s is(start1,start2,shift1,shift2,odd1,odd2,stop1,stop2);
signal state:s:=start1;
begin
process(txclk)
begin
if rising_edge(txclk) then
if cou3 then thr=0000000001010101; --發(fā)送的文件頭
elsif cou=3 then
thr=0000000000000010; --發(fā)送的文件長(zhǎng)度
elsif (cou>3 and state=stop2) then thr=din;--發(fā)送的數(shù)據(jù)
end if;
end if;
end process;
process(reset,txclk)
variable tsr,tsr1,oddb1,oddb2: std_logic_vector(7 downto 0);