FPGA与单片机串行通信实现及RS232协议应用

“本文介绍了如何实现FPGA和单片机之间的串行通信接口，通过遵循RS232协议，提供了一种解决FPGA高速数据采集系统数据处理能力不足的方法。” 在电子工程领域，FPGA（Field-Programmable Gate Array）和单片机（Microcontroller Unit，MCU）都是常见的硬件组件。FPGA因其高度可配置性和并行处理能力在高速数据采集系统中被广泛应用，但其数据处理能力相对较弱。为了解决这一问题，通常会采用单片机来处理FPGA采集到的数据。本文提出了FPGA与单片机之间通过串行通信接口实现数据交换的方案。 串行通信是一种数据传输方式，其中数据按位顺序传输，相比于并行通信，它需要更少的物理线路，因此成本更低且更适合长距离传输。RS232是串行通信的一种标准协议，定义了接口电平、信号线功能、数据格式和握手协议等，适用于点对点通信，具有广泛的应用和兼容性。 设计中，FPGA的数据发送模块采用RS232的帧格式，包括1位起始位、8位数据位、1位奇校验位和1位停止位。数据传输速率设定为2400波特，即每秒传输2400位。16位数据被拆分为高位帧和低位帧，文件头“555555”用于标识数据开始，接收到此标志后，单片机才会接收后续的数据长度和实际数据，并进行奇校验位的验证。波特率可以通过分频系数计算，公式为分频系数X=CLK/(BOUND*2)，其中CLK是系统时钟频率，BOUND是目标波特率。 VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是用于描述数字系统的硬件描述语言，文中给出的VHDL代码片段展示了实现上述功能的FPGA数据发送模块的结构。`txclk`是2400Hz波特率时钟输入，`reset`是复位信号，`din`是待发送的16位数据输入，`start`是允许传输的控制信号，而`sout`是串行输出端口。这段代码定义了实体`atel2_bin`及其架构`behavior`，用于实现串行通信的功能。 通过这样的设计，FPGA能够高效地将采集到的数据通过串行接口发送给单片机，单片机则负责数据的进一步处理和存储，从而充分发挥两者的优势，解决了FPGA数据处理能力不足的问题，提升了整个系统的性能和灵活性。这种设计方法对于需要高速数据采集和处理的系统具有很高的实用性和通用性。