基于FPGA的UART模塊的設(shè)計(jì)
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信號檢測器用于對RS 232的輸入信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)新的數(shù)據(jù)則立即通知UART內(nèi)核。信號檢測器的仿真波形如圖3所示。
其中，RxD第一次為低時，new_data信號闡述輸出，之后RxD又變低，但由于信號檢測器處于鎖定狀態(tài)，所以 new_data信號并沒有輸出；最后，reset_n信號將信號檢測器復(fù)位，RxD再次變低時，new_data又有輸出?？梢娦盘枡z測器的實(shí)現(xiàn)完全正確，其功能完全符合設(shè)計(jì)要求。
2．2 移位寄存器模塊
移位寄存器模塊的作用是存儲輸入或者輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)UART接收RS 232輸入時，移位寄存器在波特率模式下采集RS 232輸入信號，且保存結(jié)果；當(dāng)進(jìn)行RS 232輸出時，UART內(nèi)核首先將數(shù)據(jù)加載到移位寄存器內(nèi)，再使移位寄存器在波特率模式下將數(shù)據(jù)輸出到RS 232輸出端口上。移位寄存器的仿真波形圖如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/192086.htm
如圖4所示，移位寄存器在復(fù)位后的每個時鐘的上升沿工作。由于數(shù)據(jù)發(fā)送時是先發(fā)送有效數(shù)據(jù)的最低位，因此移位寄存器是將接收的數(shù)據(jù)由高位向低位移動，dout輸出移位寄存器的最低位。圖中的regs數(shù)據(jù)用16進(jìn)制表示。
2．3 波特率發(fā)生器模塊
波特率發(fā)生器的功能是產(chǎn)生和RS 232通信所采用的波特率同步的時鐘，這樣才能方便地按照RS 232串行通信的時序要求進(jìn)行數(shù)據(jù)接收或者發(fā)送。比如，波特率為9 600 b／s，即每秒傳輸9 600 b數(shù)據(jù)，則同步的波特率時鐘頻率為9 600 Hz，周期為1／9 600=O．104 17。設(shè)計(jì)波特率時鐘的基本思路就是設(shè)計(jì)一個計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器工作在速度很高的系統(tǒng)時鐘下，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某數(shù)值時將輸出置高，再計(jì)數(shù)到一定的數(shù)值后再將輸出置低，如此反復(fù)便能夠得到所需的波特率時鐘。該系統(tǒng)所用的FPGA系統(tǒng)時鐘為50 MHz，RS 232通信的波特率為9 600 b／s，則波特率時鐘的每個周期相當(dāng)于
5 208個系統(tǒng)時鐘周期。假如要得到占空比為50％的波特率時鐘，只要使得計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)到1 604時將輸出置高，之后在計(jì)數(shù)到5 208時將輸出置低并且重新計(jì)數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)和9 600波特率同步的時鐘。
為了便于仿真，使計(jì)數(shù)器計(jì)到2時將輸出置高，之后計(jì)到4時將輸出置地并且重新計(jì)數(shù)。波特率發(fā)生器的仿真波形圖如圖5所示。
觀察波形可以看到波特率發(fā)生器每經(jīng)過4個時鐘周期輸出1個完整的波特率時鐘周期，占空比為1／2，并且在每次輸出波特率時鐘周期之后輸出1 個系統(tǒng)時鐘脈寬的提示信號indicator，UART通過此信號來了解波特率發(fā)生器已輸出的波特率時鐘周期個數(shù)。由波形圖可見波特率發(fā)生器的工作完全滿足設(shè)計(jì)的要求。
2．4 計(jì)數(shù)器模塊
計(jì)數(shù)器模塊的功能是可控的，在輸入時鐘的驅(qū)動下進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到計(jì)數(shù)上閾時給UART內(nèi)核一個提示信號。在不同的工作狀態(tài)下，計(jì)數(shù)器模塊的輸入時鐘是不同的。UART在數(shù)據(jù)發(fā)送之前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)加載(即將串行序列保存在移位寄存器內(nèi))，在此工程中計(jì)數(shù)器模塊的輸入時鐘為系統(tǒng)時鐘，因?yàn)榇藭r移位寄存器也工作在系統(tǒng)時鐘下。除了數(shù)據(jù)加載，另外2個需要計(jì)數(shù)器模塊的過程是數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。
由于這兩個過程中移位寄存器工作在波特率時鐘下，所以計(jì)數(shù)器模塊的時鐘就是與波特率時鐘同步的波特率發(fā)生器提示信號iladicator，這樣每輸出1個完整的波特率時鐘周期計(jì)數(shù)器就能增加1。
計(jì)數(shù)器的仿真波形圖如圖6所示。
計(jì)數(shù)器在復(fù)位后并且ce有效時開始計(jì)數(shù)，并且在第10個時鐘周期輸出提示信號overflow。
2．5 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器模塊
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