Verilo RS232串口模块实验报告.doc

1 设计概述 实验功能：实现RS232的双工通信。 实验环境：1）硬件环境：PC机一台、ml507PFGA开发套件；2）软件环境：开发软件ISE14.5、代码编写软件Notepad++、仿真软件Modelsim、调试软件chipscope、串口调试工具。 2 设计原理 2.1 串行接口RS232工作原理 串口用来连接FPGA和PC机，RS-232允许全双工通信，即计算机在接收数据的同时可以发送数据。串口按位（bit）发送和接收字节。通常以8位数据为1组，先发送最低有效位，最后发送最高有效位。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。 通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。数据的传输没有时钟信号，接收端必须采取某种方式，使之与接收数据同步。 1）串行线缆的两端先约定好串行传输的参数（传输速度、传输格式等）； 2）当没有数据传输的时候，发送端向数据线上发送1； 3）每传输一个字节之前，发送端先发送一个0来表示传输已经开始，这样接收端便可以知道有数据到来了； 图1 数据帧结构 4）开始传输后，数据以约定的速度和格式传输，所以接收端可以与之同步； 5）在串口总线上‘高电平’是默认的状态，当一帧数据开始传输必须先拉低电平，这就是起始位，起始位之后是8位数据位，最后是校验位和停止位（可不加校验位）。传输完成一个字节之后，都在其后发送一个停止位(1)。(图1) 2.2 波特率发生器 波特率是串口传输的传输速度；在微观上就是一个位的周期。常用的波特率有9600bps和115200bps。“9600bps”表示每秒可以传输9600位。本次实验我所选用的传输速率为9600bps。由于我们的FPGA通常运行在远高于9600Hz的频率上（100MHz），因此需要分频产生接近9600Hz的时钟信号。若FPGA时钟为100MHz，则需要100M/9600=10416个时钟周期置位一次就可以得到9600Hz的时钟。 3 模块组成 3.1接收模块 接收模块示意图（图2） 图2 接收模块示意图 串口接收包括三个模块：电平检测模块，用来检测数据开始，当检测到输入信号RX_Pin_In有下降沿时，可以判断信号到来，H2L_Sig信号输出为高电平通知接收控制模块准备接收数据；波特率定时模块，用来产生波特率（9600bps）；接收控制模块，用来控制接收开始和结束。RX_En_Sig为高电平时，若电平检测模块检测到有数据输入，则发出H2L_Sig高电平信号，接收控制模块输出Count_Sig信号，波特率定时模块开始计数。 为了确保采集到的数据的准确性，数据采集都是在每位数据的中间进行着（图3）。为使采集信号出现在数据位中间，决定每次计数到5208产生一个采集信号BPS_CLK，持续一个时钟周期，计数到10416时计数器清零并重新计数，这样采集信号周期不变，准确度提高。 图3 数据定时采集示意图 接收控制模块将8位数据位并行输出，输出RX_Done_Sig信号表示一帧数据结束，发送模块可以接收来自RX_Data的数据。 3.1.1 detect_module.v detect_module.v这个功能模块是为了检查电平由高变低。当检测到电平又高变低，在第40行就会输出高脉冲。 3.1.2 rx_bps_module.v 波特率定时模块，用来产生波特率，其原理同计数器。当rx_control_module.v拉高Count_Sig, bps_module.v经BPS_CLK对 rx_control_module.v 产生定时。 3.1.3 rx_control_module.v rx_control_module.v是核心控制模块，用来控制接收开始和结束。对串口的配置主要是1帧11位的数据，重视八位数据位，无视起始位，校验位和结束位。当RX_En_Sig拉高，这个模块就开始工作，它将采集来自RX_Pin_In的数据，当完成一帧数据接收的时候，就会产生一个高脉冲给 RX_Done_Sig。 44~62行是rx_control_module.v的核心控制功能。当rx_control_module.v模块被使能，该模块就会处于就绪状态，一旦detect_module.v检查到又高变低的电平变化（47行），会使步骤i进入第0位采集，然而isCount 标志寄存器同时也会被设置为逻辑1，rx_bps_module.v 便会开始产生波特率的定时。 3.1.4 rx_module.v rx_module.v是一个组合模块，主要是包含detect_modul