基于串口通訊的Verilog設(shè)計(jì)
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FPGA串口模塊是將由RS-485發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出8位有效數(shù)據(jù)，并按異步串口通訊的格式要求輸出到MAX3223的12腳。FPGA選用Xilinx公司的Spartan II系列xc2s50。此部分為該設(shè)計(jì)的主體。如上所述，輸入數(shù)據(jù)的傳輸速率為700k波特率。為了使FPGA能夠正確地對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，提高分辨率能力和抗干擾能力，采樣時(shí)鐘必須選用比波特率更高的時(shí)鐘，理論上至少是波特率時(shí)鐘的2倍。在本設(shè)計(jì)中選用4倍于波特率的時(shí)鐘，利用這種4倍于波特率的接收時(shí)鐘對串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行檢測和定位采樣，接收器能在一個(gè)位周期內(nèi)采樣4次。如果沒有這種倍頻關(guān)系，定位采樣頻率和傳送波特率相同，則在一個(gè)位周期中，只能采樣一次，分辨率會(huì)差。比如，為了檢測起始位下降沿的出現(xiàn)，在起始位的前夕采樣一次之后，下次采樣要到起始位結(jié)束前夕才進(jìn)行。而假若在這個(gè)周期期間，因某種原因恰恰使接收時(shí)鐘往后偏移了一點(diǎn)點(diǎn)，就會(huì)錯(cuò)過起始位。造成整個(gè)后面位的檢測和識(shí)別錯(cuò)誤。針對本設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA的軟件共分了三個(gè)模塊：
1.時(shí)鐘分頻模塊。模塊的功能是用來產(chǎn)生所需要的數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘。系統(tǒng)主頻是40M的。數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘是2.8M的，發(fā)送時(shí)鐘是11.2k。
2.提取數(shù)據(jù)模塊。由RS485發(fā)送過來的數(shù)據(jù)共有25位，其中只有8位是有效數(shù)據(jù)。為了發(fā)送這8位有效數(shù)據(jù)。必須先將其提取出來。提取的辦法是這樣的：通過連續(xù)檢測到的16個(gè)高電平和一個(gè)低電平。判斷8位有效數(shù)據(jù)的到來。然后按照串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?，在加上起始位和停止位后，將其存?chǔ)于輸出緩沖寄存器中。在這里，我們的串行數(shù)據(jù)輸出格式是這樣規(guī)定的，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無校驗(yàn)位。
3.串行數(shù)據(jù)輸出模塊。這一模塊相對比較簡單，波特率選為11.2k，模塊的功能是在移位輸出脈沖的作用下，將輸出緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)移位輸出。
MAX3223是實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的芯片。由于RS-232c是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)。與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在RS-232與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。MAXIM公司的MAX3223是為滿足RS-232c的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的具有功耗低、波特率高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，外接電容僅為0.1uF或1uF，為雙組RS232收發(fā)器。由MAX3223的12腳輸入的數(shù)據(jù)，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后由8腳輸出，再經(jīng)過DB9的TxD端輸出，由PC機(jī)接收并做后續(xù)處理。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
FPGA模塊是本設(shè)計(jì)的主體，使用Verilog硬件描述語言進(jìn)行編寫，本段代碼共有兩個(gè)子模塊，分別實(shí)現(xiàn)提取八位數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)發(fā)送的功能。
下面是verilog源代碼
module SIMO(din,clk,rst,dout_ser);
input din; //串行輸入數(shù)據(jù)
input clk; //時(shí)鐘信號(hào)
input vat; 復(fù)位信號(hào)
reg[7:0] indata_buf; //輸入緩沖寄存器,存提取的有效位
reg[9:0] dout_buf; //輸出緩沖寄存器,加了起停位
output reg dout_ser; //串行數(shù)據(jù)輸出
reg nclk; //提取八位有效數(shù)據(jù)的采樣時(shí)鐘.是4倍于波特率的時(shí)鐘
reg txclk; //發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)鐘。發(fā)數(shù)據(jù)取11.2k的波特率
integer bitpos=7; //當(dāng)前位
parameter s0=0,s1=1,s2=2,s3=3;
reg[2:0]state;
reg[4:0]counter; //用來計(jì)算報(bào)頭報(bào)尾中1的個(gè)數(shù)
reg tag,tag1;
reg[2:0]cnt3;
reg txdone=1'b1;//一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸完畢標(biāo)志
*********提取有效數(shù)據(jù)位并按串行通訊格式裝載數(shù)據(jù)********
always@ (posedge nclk or posedge rst) begin
if(rst)
begin
state=0;
counter=0;
tag1=0;
tag=0;
indata_buf=8'bz;
dout_buf=10'bz;
bitpos=7;
cnt3=0;
end
else case(state)
s0:begin
tag=0;//表示數(shù)據(jù)沒有裝好
if(din)
begin
counter=counter+1;
state=s0;
if(counter==15)//如果檢測到16個(gè)1則轉(zhuǎn)入s1狀態(tài)檢測接下來的是不是0
begin
state=s1;
counter=0;
end
end
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