FPGA实现的UART接口模块设计详解

本文主要探讨了基于FPGA的UART接口模块设计，一种在现代电子系统中广泛应用的串行通信协议。UART，即通用异步收发器，由于其简单、灵活且广泛被微处理器支持的特点，即使在USB等高性能协议普及的今天，仍占据着重要地位，特别是在资源有限或成本敏感的应用中。 首先，文章对UART进行了简要介绍。UART利用两条线（RXD接收和TXD发送）进行全双工通信，数据帧由起始、数据、校验和停止位组成。发送者通过起始位标识数据传输的开始，数据位通常为8位（也可根据需要定制），校验位用于检测错误，而停止位则表示帧的结束。这种协议具有清晰的电气定义和同步特性，使得它易于实现和理解。 其次，文章重点讲述了如何在FPGA中实现UART功能。FPGA的优势在于可以灵活配置，针对实际需求定制功能，无需使用复杂的专用UART集成电路，如8250或8251，这可以避免资源浪费和提高成本。设计者通过VHDL硬件描述语言编写代码，构建波特率发生器模块、发送模块和接收模块这三个核心部分，以实现UART的数据收发功能。这些模块构成了编译后的图元SCI，其中包括了数据输入/输出（DATA）、片选（CS）、读写控制（RD/WR）以及状态指示（RDFULL/TDEMPTY）等接口，确保了与外部数字系统之间的高效通信。 总结来说，本文提供了基于FPGA的UART接口模块设计的关键技术细节，包括UART协议的工作原理、FPGA如何利用其灵活性实现UART功能，以及接口设计的组成部分。这种设计方法不仅简化了系统电路，降低了成本，还提高了系统的可靠性和灵活性，对于需要在FPGA上集成串行通信功能的工程项目具有重要的参考价值。