FPGA实现UART控制器：设计与仿真

"该资源是一篇关于基于FPGA实现UART控制器的研究论文，由宋博文和刘洋撰写。文章探讨了如何在FPGA中设计和实现UART功能，以满足特定应用场景的需求，尤其是那些不需要完整UART功能的场景。通过采用模块化设计和Verilog硬件描述语言，实现了UART的核心功能，并在Modelsim环境下进行了仿真验证。最后，设计被成功下载到实验板上，实现实验板与PC机之间的串行通信。" UART（通用异步收发传输器）是一种广泛用于微处理器与外部设备间串行通信的接口，其特点是需要较少的传输线，具有高可靠性，适合远距离传输。传统的UART通常由专用集成电路（如National INS8250或TI的16C550）实现，但这些芯片可能在某些特定应用中造成资源浪费。近年来，随着系统级芯片（SoC）技术的发展和FPGA性能的提升，采用FPGA实现UART功能成为一种更灵活且成本效益高的选择。 设计流程主要包括以下步骤： 1. **需求分析**：确定所需的UART功能，例如仅需要收发核心功能，以避免资源浪费。 2. **FPGA选型**：根据设计需求选择合适的FPGA芯片，考虑其集成度和速度。 3. **模块化设计**：遵循Top-Down设计方法，将UART控制器划分为多个子模块，如串行-并行转换器、FIFO（先进先出存储器）、并行-串行转换器等。 4. **Verilog编程**：使用Verilog语言编写各子模块的代码，描述其逻辑功能。 5. **仿真验证**：利用软件工具如Modelsim进行功能仿真，确保设计正确无误。 6. **硬件实现**：将验证过的Verilog代码下载到FPGA中，形成硬件实现。 7. **系统测试**：连接实验板和PC机，通过串行通信协议进行数据交换，观察和验证通信效果。 在实现过程中，UART控制器通过MAX-232芯片与PC机进行RS-232C兼容的通信。接收到的串行数据被转化为并行数据存储在FIFO中，然后从FIFO中读取并重新发送回PC机，实现双向数据传输。此外，发送前的数据也会通过LED数码管显示，以便直观检查数据的正确性。 总结来说，这篇论文详细介绍了如何在FPGA中实现UART控制器，提供了一种灵活、高效的方法来满足不同应用场景下的串行通信需求。这种方法不仅降低了成本，还提高了设计的可定制性和可扩展性，对于理解和实践基于FPGA的通信接口设计具有很高的参考价值。