UART通信协议详解:VHDL实现的异步收发模块
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更新于2024-07-18
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"本文将深入探讨UART(通用异步收发传输器)的理论设计与VHDL实现,包括分频器、发送和接收模块。UART是一种串行通信协议,常用于与RS-232标准配合,而在FPGA板上通常需要通过电平转换电路来适配不同的电压。UART包含发送器和接收器两部分,发送器将并行数据转化为串行数据发送,接收器则将串行数据恢复为并行数据。在UART的通信中,数据线在空闲时为'1'状态。UART的规格定义了起始位(一个'0'),接着是若干数据位(通常为6、7或8位),可选的奇偶校验位,以及1到2个停止位。在串行通信中,没有时钟信号的传输,因此需要发送方和接收方有相同的波特率设置。"
在设计UART的硬件实现时,VHDL作为一种强大的硬件描述语言,被广泛用于描述和实现数字逻辑系统。首先,我们需要设计一个分频器模块,用于生成UART通信所需的波特率。分频器通常是通过计数器和比较器实现的,它将系统时钟频率分频,生成符合UART协议要求的数据传输速率。VHDL代码中,可以定义一个计数器,并在达到特定计数值时触发数据传输,以此控制串行数据的发送速率。
接下来是发送模块的设计。发送模块接收到并行数据后,将其按位移出,同时根据UART协议添加起始位、数据位、可选的奇偶校验位和停止位。在VHDL中,可以使用移位寄存器和控制逻辑来实现这个过程。当发送数据时,控制逻辑会监控数据线,确保在正确的时间点发送每一位。
接收模块则负责接收串行数据流,并将其还原为并行数据。这个过程同样需要VHDL中的移位寄存器,配合同步逻辑来检测起始位和停止位,以确定数据的边界。接收模块还需要能够检测和处理奇偶校验位,以确保数据的完整性。
在实现UART时,由于串行通信中没有时钟信号,因此必须确保发送方和接收方的波特率匹配。这通常通过预计算和配置分频器实现。此外,为了适应不同的数据格式(如6、7或8位数据位),发送和接收模块都需要具有足够的灵活性,能够根据需要调整其操作。
UART通信的VHDL实现涉及了分频器、发送和接收模块的设计,每个模块都需要精确的时序控制和数据处理功能。通过VHDL,我们可以详细地描述这些逻辑,然后在FPGA或ASIC等硬件平台上实现,以完成有效的串行通信。
2022-09-22 上传
2023-07-16 上传
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