当烧入clk=1,txd<=rxd时,打开串口调试助手,在发送区输入0f,接收区能正常显示0f。
但是烧入网上下得uart程序(含clkdiv、uart-rx、uart-tx)时,打开串口调试助手,在发送区输入0f,接收区没有内容。
请问这是为什么呢?网上下的程序我下了几个版本,都不能运行…希望能指导下,不甚感激~
摘 要:UART是广泛使用的串行数据通讯电路。本设计包含UART发送器、接收器和波特率发生器。设计应用EDA技术,基于FPGA/CPLD器件设计与实现UART。关键词:FPGA/CPLD;UART;VHDL
---UART(即Universal Asynchronous Receiver Transmitter 通用异步收发器)是广泛使用的串行数据传输协议。UART允许在串行链路上进行全双工的通信。
---串行外设用到RS232-C异步串行接口,一般采用专用的集成电路即UART实现。如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件,这类芯片已经相当复杂,有的含有许多辅助的模块(如FIFO),有时我们不需要使用完整的UART的功能和这些辅助功能。或者设计上用到了FPGA/CPLD器件,那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。使用VHDL将UART的核心功能集成,从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。本文应用EDA技术,基于FPGA/CPLD器件设计与实现UART。
一 UART简介
1 UART结构
---UART主要有由数据总线接口、控制逻辑、波特率发生器、发送部分和接收部分等组成。
---功能包括微处理器接口,发送缓冲器(tbr)、发送移位寄存器(tsr)、帧产生、奇偶校验、并转串、数据接收缓冲器(rbr)、接收移位寄存器(rsr)、帧产生、奇偶校验、串转并。
---图1是UART的典型应用。
2 UART的帧格式
---UART的帧格式如图2所示。
---包括线路空闲状态(idle,高电平)、起始位(start bit,低电平)、5~8位数据位(data bits)、校验位(parity bit,可选)和停止位(stop bit,位数可为1、1.5、2位)。
---这种格式是由起始位和停止位来实现字符的同步。
---UART内部一般有配置寄存器,可以配置数据位数(5~8位)、是否有校验位和校验的类型、停止位的位数(1,1.5,2)等设置。
二 UART的设计与实现
1 UART发送器
---发送器每隔16个CLK16时钟周期输出1位,次序遵循1位起始位、8位数据位(假定数据位为8位)、1位校验位(可选)、1位停止位。
---CPU何时可以往发送缓冲器tbr写入数据,也就是说CPU要写数据到tbr时必须判断当前是否可写,如果不判这个条件,发送的数据会出错。
---数据的发送是由微处理器控制,微处理器给出wen信号,发送器根据此信号将并行数据din[7..0]锁存进发送缓冲器tbr[7..0],并通过发送移位寄存器tsr[7..0]发送串行数据至串行数据输出端dout。在数据发送过程中用输出信号tre作为标志信号,当一帧数据发送完毕时,tre信号为1,通知CPU在下个时钟装入新数据。
---发送器端口信号如图3所示。
---引入发送字符长度和发送次序计数器length_no,实现的部分VHDL程序如下。
---if std_logic_vector(length_no) = “0001” then
---tsr <= tbr --发送缓冲器tbr数据进入发送移位寄存器tsr
---tre <= '0' --发送移位寄存器空标志置“0”
---elsif std_logic_vector(length_no) = “0010” then
---dout <= '0' --发送起始位信号“0”
---elsif std_logic_vector(length_no) >= “0011” and std_logic_vector(length_no) <= “1010” then
---tsr <= '0' &tsr(7 downto 1)--从低位到高位进行移位输出至串行输出端dout
---dout <= tsr(0)
---parity <= parity xor tsr(0) --奇偶校验
---elsif std_logic_vector(length_no) = “1011” then
---dout <= parity 校验位输出
---elsif std_logic_vector(length_no) = “1100” then
---dout <= '1' --停止位输出
---tre <= '1' --发送完毕标志置“1”
---end if
---发送器仿真波形如图4所示。
2 UART接收器
---串行数据帧和接收时钟是异步的,发送来的数据由逻辑1变为逻辑0可以视为一个数据帧的开始。接收器先要捕捉起始位,确定rxd输入由1到0,逻辑0要8个CLK16时钟周期,才是正常的起始位,然后在每隔16个CLK16时钟周期采样接收数据,移位输入接收移位寄存器rsr,最后输出数据dout。还要输出一个数据接收标志信号标志数据接收完。
---接收器的端口信号如图5所示。
---实现的部分VHDL程序如下。
---elsif clk1x'event and clk1x = '1' then
---if std_logic_vector(length_no) >= “0001” and std_logic_vector(length_no) <= “1001” then
-----数据帧数据由接收串行数据端移位入接收移位寄存器
---rsr(0) <= rxda
---rsr(7 downto 1) <= rsr(6 downto 0)
---parity <= parity xor rsr(7)
---elsif std_logic_vector(length_no) = “1010” then
---rbr <= rsr --接收移位寄存器数据进入接收缓冲器
---......
---end if
---接收器仿真波形如图6所示。
3 波特率发生器
---UART的接收和发送是按照相同的波特率进行收发的。波特率发生器产生的时钟频率不是波特率时钟频率,而是波特率时钟频率的16倍,目的是为在接收时进行精确地采样,以提出异步的串行数据。
---根据给定的晶振时钟和要求的波特率算出波特率分频数。
---波特率发生器仿真波形如图7所示。
三 小结
---通过波特率发生器、发送器和接收器模块的设计与仿真,能较容易地实现通用异步收发器总模块,对于收发的数据帧和发生的波特率时钟频率能较灵活地改变,而且硬件实现不需要很多资源,尤其能较灵活地嵌入到FPGA/CPLD的开发中。在EDA技术平台上进行设计、仿真与实现具有较好的优越性。
在单片机开发过程中,从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。这样虽然可以降低系统成本,提高系统的适应性,但是每个系统的调试占去了总开发时间的2/3,可见调试的工作量比较大。单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的,许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后,再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础,如果硬件调试不通过,软件设计则是无从做起。本文结合作者在单片机开发过程中体会,讨论硬件调试的技巧。当硬件设计从布线到焊接安装完成之后,就开始进入硬件调试阶段,调试大体分为以下几步。
1 硬件静态的调试
1.1排除逻辑故障
这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图,看两者是否一致。应特别注意电源系统检查,以防止电源短路和极性错误,并重点检查系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能,可以缩短排错时间。
1.2排除元器件失效
造成这类错误的原因有两个:一个是元器件买来时就已坏了另一个是由于安装错误,造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后,用替换方法排除错误。
1.3排除电源故障
在通电前,一定要检查电源电压的幅值和极性,否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位,一般先检查VCC与GND之间电位,若在5V~4.8V之间属正常。若有高压,联机仿真器调试时,将会损坏仿真器等,有时会使应用系统中的集成块发热损坏。
2 联机仿真调试
联机仿真必须借助仿真开发装置、示波器、万用表等工具。这些工具是单片机开发的最基本工具。
信号线是联络8031和外部器件的纽带,如果信号线连结错误或时序不对,那么都会造成对外围电路读写错误。51系列单片机的信号线大体分为读、写信号线、片选信号线、时钟信号线、外部程序存贮器读选通信号(PSEN)、地址锁存信号(ALE)、复位信号等几大类。这些信号大多属于脉冲信号,对于脉冲信号借助示波器(这里指通用示波器)用常规方法很难观测到,必须采取一定措施才能观测到。应该利用软件编程的方法来实现。例如对片选信号,运行下面的小程序就可以检测出译码片选信号是否正常。
MAIN:MOVDPTR,#DPTR
将地址送入DPTR
MOVXA,@DPTR
将译码地址外RAM中的内容送入ACC
NOP适当延时
SJMPMAIN循环
执行程序后,就可以利用示波器观察芯片的片选信号引出脚(用示波器扫描时间为1μs/每格档),这时应看到周期为数微秒的负脉冲波形,若看不到则说明译码信号有错误。
对于电平类信号,观测起来就比较容易。例如对复位信号观测就可以直接利用示波器,当按下复位键时,可以看到8031的复位引脚将变为高电平一旦松开,电平将变低。
总而言之,对于脉冲触发类的信号我们要用软件来配合,并要把程序编为死循环,再利用示波器观察对于电平类触发信号,可以直接用示波器观察。
下面结合在自动配料控制系统中键盘、显示部分的调试过程来加以说明。本系统中的键盘、显示部分都是由并行口芯片8155扩展而成的。8155属于可编程器件,因而很难划分硬件和软件,往往在调试中即使电路安装正确没有一定的指令去指挥它工作,也是无法发现硬件的故障。因此要使用一些简单的调试程序来确定硬件的组装是否正确、功能是否完整。在本系统中采取了先对显示器调试,再对键盘调试。
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