FPGA与单片机RS232串口通信实现方法

"本文主要探讨了如何利用FPGA和单片机通过RS232串口实现数据通信的解决方案，以解决FPGA在高速数据采集系统中数据处理能力不足的问题。设计遵循RS232协议，确保了通信的通用性和适用性。设计分为四个模块：FPGA数据发送模块、FPGA波特率发生控制模块、FPGA总体接口模块以及单片机数据接收模块。文章重点介绍了FPGA数据发送模块的实现，包括帧格式、波特率计算以及数据传输过程中的校验和识别机制。" 在FPGA与单片机实现数据RS232串口通信的设计中，首先需要理解FPGA的角色。FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，常用于高速数据采集系统，但其数据处理能力相对较弱。为了解决这个问题，设计者将FPGA与单片机结合，利用单片机的强数据处理能力来处理FPGA采集到的数据。 通信协议遵循RS232标准，这是一种广泛使用的串行通信协议，适合长距离、低速的数据传输。在设计中，每一帧数据包含1位开始位、8位数据位、1位奇校验位和1位停止位，波特率设定为2400bps。为了传输16位数据，系统将数据拆分为高位帧和低位帧，先发送低位帧，再发送高位帧。在传输前，会添加文件头（555555）作为数据标识，只有当单片机检测到这个文件头时，才会接收后续的数据长度和实际数据，并进行奇校验，确保数据的完整性。 在FPGA数据发送模块的设计中，波特率的计算至关重要。通过公式分频系数X=CLK/(BOUND*2)，可以计算出所需波特率，其中CLK是系统时钟频率，BOUND是目标波特率。该模块接收到允许传输的信号后，会按照设定的波特率将数据转换为串行形式并输出。 VHDL是硬件描述语言，用于编写FPGA的逻辑设计。文章中给出了部分VHDL源代码，展示了如何定义实体和结构体，以及如何处理输入和输出信号，例如txclk（波特率时钟）、reset（复位信号）、din（待发送数据）、start（允许传输信号）和sout（串行输出端口）。 这种设计提供了一种有效的方法，将FPGA的高速采集能力与单片机的处理能力相结合，通过RS232串口实现可靠的数据交换。这种方法不仅解决了高速数据处理问题，还具备良好的兼容性和扩展性，适用于多种应用场景。