毕业设计 基于fpga的串行通讯设计.rar

毕业设计 基于FPGA的串行通讯设计

基于FPGA的串行通讯设计
摘  要
FPGA是大规模集成电路技术发展的产物，是一种半定制的集成电路。与单片机相比FPGA的运行速度快并且有处理更复杂功能的能力。FPGA结合计算机软件技术(EDA技术)可以快速、方便地构建数字系统。通用异步接收发送器(UART)是一种短距离串行传输接口，在数字通信和控制系统中得到了广泛应用。本设计使用Altera 的FPGA 器件，将UART的核心功能嵌入到FPGA内部，不但实现了电路异步通讯的主要功能，而且使电路更加紧凑、稳定、可靠。
本设计包含UART 的发送模块、接收模块和波特率发生器，所有功能的实现全部采用Verilog HDL硬件描述语言来进行描述。在QuartusII 软件开发环境下实现文件编译，并在Modelsim 环境下进行了功能仿真。结果表明该UART 功能正确、稳定、可靠, 可以很好地应用于异步串行通讯中。

关键词： FPGA；通用异步接收发送器（UART）；Verilog HDL

 
The Design of Serial Communication based on FPGA
Abstract
FPGA is a product of large-scale integrated circuit technological development, it is a semi-custom integrated circuits .FPGA runs faster than SCM, it has the capacity of dealing with more complex functions.FPGA combined with computer software technology (EDA technology) can be quickly and easily build digital systems.UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) is a short-haul serial communication interface which is widely used in digital communication and control system. This design uses Altera's FPGA device, the UART's core function is embedded into the FPGA,which not only achieves main asynchronous communication function of the whole circuit , but also makes the whole circuit simple , stable and reliable.
This design includes the Transmitter Logic,the Receiver Logic and the Baudrate Generator. All functions are given by VerilogHDL. All documents were compiled under QuartusII environment and the functions are simulated under Modelsim environment .The result of the simulations and synthesis shows that the UART’s function correctly, stable, reliable, and can be widely used in asynchronous serial communication.

Key words :  FPGA；UART；Verilog HDL 

目  录
摘  要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 异步串行通讯概述 1
1.2 FPGA在串行通讯中的应用 1
1.3 选题背景和意义 2
第二章 FPGA及其配置 3
2.1 FPGA的基本结构及其特点 3
2.1.1 FPGA的基本结构介绍 3
2.1.2 FPGA的特点 5
2.2 FPGA的配置 5
2.2.1 FPGA的配置方式 6
2.2.2 FPGA配置流程及配置引脚定义 7
2.2.3 配置芯片EPC2的工作过程 8
第三章 基于FPGA的串行通讯总体设计 10
3.1 串行通信设计思路 10
3.2 UART模块概述 10
3.3 UART通信原理 11
3.4 通信接口 11
3.5 串行通讯总体方案 13
第四章 UART模块的设计与实现 15
4.1 UART 核心模块的设计 15
4.1.1 波特率发生器 15
4.1.2 串行数据接收模块 17
4.1.3 串行数据发送模块 22
4.2 图表模块设计 24
4.2.1 波特率发生器模块 24
4.2.2 配置寄存器模块 25
4.2.3 接收数据模块 25
4.2.4 接收数据帧模块 25
4.2.5 发送数据模块 26
4.2.6 发送数据帧模块 26
4.2.7 帧处理模块 26
4.2.8 RS232模块 27
4.2.9 顶层模块 27
4.3 UART模块设计总结 27
第五章 编译工具Altera Quartus II 的应用和功能仿真软件Modelsim简介 28
5.1 Altera Quartus II 3.0设计流程 28
5.2 图表和原理图编辑器 28
5.2.1 图表模块设计流程 29
5.2.2 模块编译器 29
5.3 Modelsim简介 31
5.4 Modelsim仿真方法 32
5.4.1 前仿真 32
5.4.2 后仿真 32
5.4.3 Modelsim仿真的基本步骤 32
第六章 文件编译与功能仿真 36
6.1 文件编译 36
6.2 仿真结果 37
6.3 功能仿真总结 40
参考文献 41
附录A 硬件原理图 43
附录B 程序源代码 44
致谢 57