一种基于FPGA的UART 电路实现_技术

1 引言

　　UART 即通用异步收发器，他广泛使用串行数据传输协议。UART 功能包括微处理器接口、用于数据传输的缓冲器（Buffer）、帧产生、奇偶校验、并串转换，用于数据接收的缓冲器、帧产生、奇偶校验、串并转换等。UART的特点是一个字符接一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值0），字符本身由5~ 8 位数据位组成，接着字符后面是一位校验位，最后是停止位（1 位，或1 位半，或2位），停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定高电平（逻辑值1），这样可以保证起始位开始处有一个下降沿。在一般的使用中往往不需要使用完整的UART功能，比如对于多串口的设备或需要加密通讯的场合使用UART 就不是最合适的。如果设计上用到FPGA ？CPLD器件，那么就可以将所需要的UART 功能集成到FPGA内部，从而使整个设计更加紧凑、稳定、可靠。分析UART的结构，UART 主要由数据总线接口、控制逻辑和状态接口、波特率发生器、发送和接收等部分组成。在本设计中，固定数据帧格式为：开始位（1 b 低电平）、8 位数据位、偶校验、停止位（1 b 高电平），波特率可调。

　　2 波特率发生模块

　　设计的UART 的接收和发送按照相同的波特率进行，波特率可以通过接口模块的总线接口进行设置。

　　UART 收发的每一个数据宽度都是波特率发生器输出的时钟周期的16 倍，即假定当前按照9 600 b？s 进行收发，那么波特率发生器的输出时钟频率应该为9 600×16 Hz.

　　假定提供的外部时钟为116MHz，可以很简单地通过总线写入不同的数值到波特率发生器保持寄存器，然后用计数器的方式生成所需要的各种波特率，即分频器。计算公式为： 1 600 000？（16×所期望的波特率） - 1，如果希望输出10 000 Hz 的波特率，可以得出从总线写入的数值为1 600 000？（16×10 000） - 1= 9 （09H）。

　　3 发送模块

　　根据UART 协议的描述，发送逻辑流程如图1 所示。

　　发送数据由接口模块控制，接口模块给出w rn 信号，发送器根据此信号将并行数据锁存，并通过发送保持寄存器和发送移位寄存器发送并行数据。由计数器no_ bs_sent 控制状态的转移，即数据的发送，计数值为1 时，数据从发送保持寄存器传送到发送移位寄存器，计数值为2时，发送开始位（1 b 低电平），计数值为3~ 10，发送8 位数据，计数器为11，发送校验位，计数值为12，发送1 位停止位，计数器随后清零。发送时钟是根据数据传输的波特率产生的，16 倍于波特率发生器产生的时钟。