FPGA实现RS-232串口收发仿真教程

"FPGA串口技术：使用Verilog HDL实现RS-232异步收发的仿真流程，包括ModelSim的功能仿真、SynplifyPro的综合、Quartus II的布局布线和时序仿真。" 在FPGA设计中，串口通信是一种常见的接口技术，尤其在RS-232标准下，它提供了设备间的异步数据传输。本资源详细介绍了如何使用FPGA实现RS-232串口的收发功能，并通过一系列步骤进行验证和优化。首先，设计者使用Verilog HDL编写了发送端的代码，模块名为`trans`，它接受时钟(`clk`)、复位(`rst`)、启动发送信号(`TxD_start`)、待发送数据(`TxD_data`)等输入，以及输出串口数据(`TxD`)和发送忙状态(`TxD_busy`)。 发送端的实现包含了以下几个关键部分： 1. **数据寄存器** (`TxD_dataReg`)：由于串口发送过程中输入数据不能保持稳定，因此使用寄存器来存储待发送的数据。 2. **状态机** (`state`)：用于控制发送过程中的不同阶段，如等待启动信号、发送数据位、停止位等。 3. **波特率生成器**：计算出合适的时钟脉冲来生成符合设定波特率（115200bps）的串行数据。波特率生成器的精度至关重要，因为它决定了数据传输的准确性和稳定性。 波特率生成器的实现利用了一个累加器(`BaudGeneratorAcc`)，通过计算`BaudGeneratorInc`来更新累加器值，当累加器的最高位(`BaudGeneratorAccWidth`)翻转时，产生一个`BaudTick`信号，表示一个数据位的发送时机。 4. **功能仿真**：使用ModelSim进行逻辑功能验证，确保Verilog代码实现的功能与预期相符。这通常需要编写一个TestBench来模拟输入和检查输出。 5. **综合**：通过SynplifyPro工具将Verilog代码转换成适合目标FPGA架构的网表，这是一个将高级语言描述转换为硬件门级表示的过程。 6. **布局布线**：在Quartus II中，将综合后的网表映射到具体FPGA芯片的逻辑单元和I/O资源上，同时会估计出各个信号的延迟。 7. **时序仿真**：最后一步是基于布局布线后的延迟信息，在ModelSim中进行时序仿真，确保设计在实际运行速度下仍然能够正常工作。 通过以上步骤，设计者能够确保FPGA实现的RS-232串口收发功能在理论和实际应用中都能达到预期效果，这对于任何FPGA项目中的串行通信都是至关重要的。对于初学者来说，这是一个很好的学习实践，可以深入理解FPGA设计流程和串口通信的细节。