FPGA与单片机RS232串行通信优化方案

本文主要探讨了在高速数据采集系统中，针对FPGA（Field-Programmable Gate Array）数据处理能力相对较弱的问题，如何通过FPGA与单片机之间的串行通信进行数据交换。文章重点聚焦于利用RS232协议进行通信，该协议是一种广泛使用的异步串行通信标准，适用于多种电子设备间的通信。 首先，FPGA的数据发送模块设计遵循RS232协议的基本帧格式，包括1位起始位、8位数据位、1位奇校验位以及1位停止位，以确保数据的可靠传输。设计中，16位数据被拆分为高位帧和低位帧分别发送，通过添加文件头（555555）和数据长度信息，使得单片机能够识别并正确处理数据。波特率被设定为2400 bps，通过计算分频系数（X = CLK / (BOUND * 2)），实现了对不同波特率的灵活支持。 VHDL源代码展示了实体atel2_binis的设计，它包含输入时钟txclk（2400 Hz）、复位信号reset、数据输入din、传输控制信号start和串行输出sout等端口。架构行为部分定义了计数器变量、标志信号如thr（数据传输标志）、len（数据长度）、状态变量state，以及用于控制数据发送过程的多个逻辑信号，如start1、start2等。 在设计实现中，当start信号有效时，发送模块会根据数据输入din的值和预设的帧结构进行数据打包和发送。通过状态机管理，确保通信按照正确的帧结构进行，包括起始位的产生、数据位的逐位输出、奇偶校验位的计算以及最终的停止位。当单片机接收到文件头后，才会进一步处理后续的数据长度和数据信息。 本文提供了FPGA与单片机之间串行通信接口的详细设计方法，强调了遵循RS232协议的重要性，以及在实际应用中的通用性和可扩展性。通过这样的设计，可以提升FPGA系统的数据处理效率，实现高速数据采集系统与外部设备的有效协作。