基于vhdl的uart设计.doc
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基于vhdl的uart设计,54页共计28890字【摘要】uart是设备和设备间进行通信的关键，当一个设备需要和另一个连接的设备进行通信时，通常采用数字信号，这种源自并行的信号必须转换成串行信号才能通过有线或无线传输到另一台设备。在接收端，串行信号又转换成并行信号进行处理，uart处理这种数据总线和串行口之间的串-并和并-串转换。本文所要实现的就...
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54页共计28890字
【摘 要】UART是设备和设备间进行通信的关键，当一个设备需要和另一个连接的设备进行通信时，通常采用数字信号，这种源自并行的信号必须转换成串行信号才能通过有线或无线传输到另一台设备。在接收端，串行信号又转换成并行信号进行处理，UART处理这种数据总线和串行口之间的串-并和并-串转换。本文所要实现的就是就是这种串-并和并-串的转换，使之能够进行数据的传输。本文介绍了用FPGA技术实现UART电路的一种方法，用VHDL进行编程，在Modelsim下进行编译及仿真等。
目 录
1 绪论 6
1．1 EDA 技术发展概况 6
1.1.1 CAD 阶段（20 世纪 60 年代中期—20 世纪 80 年代初期） 6
1.1.2 CAE 阶段（20 世纪 80 年代初期—20 世纪 90 年代初期） 6
1.1.3 EDA 阶段（20 世纪 90 年代以来） 6
1.2 FPGA的发展及优点 7
1.3 电路设计方法发展 8
1.3.1 自底向下的设计方法 9
.协同设计； 10
（1）总体结构的设计 10
（2）子模块的激活实现（Acitive Module Design） 10
（3）模块的最后合并（Final Assembly） 10
3．模块化分的原则 10
（3）将不同优化目标的逻辑分开 11
（4）将松约束的逻辑单元归到同一模块 11
（6）合适的模块规模 11
4.全局逻辑的设计 11
1.4 ISE软件介绍 12
1.6 本文主要工作 13
2.1 常用的计算机接口 13
2.2 RS-232川口通信简介 16
2.2.2．RS-232协议 17
1．DSR信号线 17
2．DTR 信号线 17
3．RTS 信号线 17
4．CTS 信号线 17
5．DCD 信号线 17
6．RI信号线 17
2.2.3．RS-232通信时序和UART 19
2.2.4. 串行通信实现方案 20
3.1 UART实现原理 21
3.2 UART工作流程 22
4.3 波特率发生器模块的实现 24
RISE_PULSE_COUNT : BD_COUNT := BD9600_HPC ); 26
FULL_PULSE_COUNT => 10, 27
RISE_PULSE_COUNT => 5 27
4.4 移位寄存器模块的实现 27
4.5奇偶校验器模块实现 28
PARITY_RULE : PARITY := NONE ); 28
4.6 总线选择模块的实现 29
4.7 计数器模块的实现 30
4.8 UART内核模块的实现 31
（2）奇偶校验器 31
(5) 波特率发生器 34
4.8.3 UART内核模块的实现 37
PARITY_RULE : PARITY := NONE ); 38
（2）内部信号定义 39
（3）串行加载序列的生成方法 39
4.9 UART顶层模块的实现 44
DATA_BIT : INTEGER := DATA_BIT; 45
PARITY_RULE : PARITY := PARITY_RULE; 45
TOTAL_BIT : INTEGER := TOTAL_BIT 45
5.2.1 信号监测器模块的仿真 49
5.2.2 波特率时钟模块的仿真 49
5.2.3 移位寄存器模块的仿真 49
5.2.4 奇偶校验器模块的仿真 49
5.2.5 总线选择器模块的仿真 50
5.2.6 计数器模块的仿真 50
5.2.7 顶层模块的仿真 50
5.3 FPGA验证 51
【关 键 字】FPGA，VHDL，UART，接收，发送
参考文献
[1]ARMSTRONG J R， FRAY FG.VHDL设计表示和综合.李宗伯，王蓉晖译.北京：机械工业出版社，2002.28
[2]刘凌 胡永生． 数字信号处理的FPGA 实现 ．北京：清华大学出版社，2003.53
[3]朱明程．FPGA 原理及应用设计．北京：电子工业出版社，2001.104
[4]侯伯亭 顾新编.VHDL硬件描述语言及数字逻辑电路设计.西安：西安电子科技大学版社 2003.56
[5]李圣怡 戴一帆 王宪平.Windows环境下软硬件接口技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2001.25
[6]王振红 .VHDL数字电路设计与应用实践教程. 北京：机械工业出版社, 2003.61
[7]王诚，薛小刚，钟信潮．FPGA及 CPLD 设计.北京：人民邮电出版社,2003.92
[8]宋俊德．可编程逻辑器件(PLD)原理与应用．北京:电子工业出版社，1994.10
[9]朱明程. FPGA原理及应用设计. 北京：电子工业出版社，2001.10
[10]褚振勇 瓮木云. FPGA 的设计与应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2002.27
[11]段吉海 黄智伟.基于CPLD/FPGA的数字通讯系统建模与设计.北京：电子工业出版社，2004.26
[12]任晓东.CPLD/FPGA高级应用于开发指南.北京：电子工业出版社，2003.12
【摘 要】UART是设备和设备间进行通信的关键，当一个设备需要和另一个连接的设备进行通信时，通常采用数字信号，这种源自并行的信号必须转换成串行信号才能通过有线或无线传输到另一台设备。在接收端，串行信号又转换成并行信号进行处理，UART处理这种数据总线和串行口之间的串-并和并-串转换。本文所要实现的就是就是这种串-并和并-串的转换，使之能够进行数据的传输。本文介绍了用FPGA技术实现UART电路的一种方法，用VHDL进行编程，在Modelsim下进行编译及仿真等。
目 录
1 绪论 6
1．1 EDA 技术发展概况 6
1.1.1 CAD 阶段（20 世纪 60 年代中期—20 世纪 80 年代初期） 6
1.1.2 CAE 阶段（20 世纪 80 年代初期—20 世纪 90 年代初期） 6
1.1.3 EDA 阶段（20 世纪 90 年代以来） 6
1.2 FPGA的发展及优点 7
1.3 电路设计方法发展 8
1.3.1 自底向下的设计方法 9
.协同设计； 10
（1）总体结构的设计 10
（2）子模块的激活实现（Acitive Module Design） 10
（3）模块的最后合并（Final Assembly） 10
3．模块化分的原则 10
（3）将不同优化目标的逻辑分开 11
（4）将松约束的逻辑单元归到同一模块 11
（6）合适的模块规模 11
4.全局逻辑的设计 11
1.4 ISE软件介绍 12
1.6 本文主要工作 13
2.1 常用的计算机接口 13
2.2 RS-232川口通信简介 16
2.2.2．RS-232协议 17
1．DSR信号线 17
2．DTR 信号线 17
3．RTS 信号线 17
4．CTS 信号线 17
5．DCD 信号线 17
6．RI信号线 17
2.2.3．RS-232通信时序和UART 19
2.2.4. 串行通信实现方案 20
3.1 UART实现原理 21
3.2 UART工作流程 22
4.3 波特率发生器模块的实现 24
RISE_PULSE_COUNT : BD_COUNT := BD9600_HPC ); 26
FULL_PULSE_COUNT => 10, 27
RISE_PULSE_COUNT => 5 27
4.4 移位寄存器模块的实现 27
4.5奇偶校验器模块实现 28
PARITY_RULE : PARITY := NONE ); 28
4.6 总线选择模块的实现 29
4.7 计数器模块的实现 30
4.8 UART内核模块的实现 31
（2）奇偶校验器 31
(5) 波特率发生器 34
4.8.3 UART内核模块的实现 37
PARITY_RULE : PARITY := NONE ); 38
（2）内部信号定义 39
（3）串行加载序列的生成方法 39
4.9 UART顶层模块的实现 44
DATA_BIT : INTEGER := DATA_BIT; 45
PARITY_RULE : PARITY := PARITY_RULE; 45
TOTAL_BIT : INTEGER := TOTAL_BIT 45
5.2.1 信号监测器模块的仿真 49
5.2.2 波特率时钟模块的仿真 49
5.2.3 移位寄存器模块的仿真 49
5.2.4 奇偶校验器模块的仿真 49
5.2.5 总线选择器模块的仿真 50
5.2.6 计数器模块的仿真 50
5.2.7 顶层模块的仿真 50
5.3 FPGA验证 51
【关 键 字】FPGA，VHDL，UART，接收，发送
参考文献
[1]ARMSTRONG J R， FRAY FG.VHDL设计表示和综合.李宗伯，王蓉晖译.北京：机械工业出版社，2002.28
[2]刘凌 胡永生． 数字信号处理的FPGA 实现 ．北京：清华大学出版社，2003.53
[3]朱明程．FPGA 原理及应用设计．北京：电子工业出版社，2001.104
[4]侯伯亭 顾新编.VHDL硬件描述语言及数字逻辑电路设计.西安：西安电子科技大学版社 2003.56
[5]李圣怡 戴一帆 王宪平.Windows环境下软硬件接口技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2001.25
[6]王振红 .VHDL数字电路设计与应用实践教程. 北京：机械工业出版社, 2003.61
[7]王诚，薛小刚，钟信潮．FPGA及 CPLD 设计.北京：人民邮电出版社,2003.92
[8]宋俊德．可编程逻辑器件(PLD)原理与应用．北京:电子工业出版社，1994.10
[9]朱明程. FPGA原理及应用设计. 北京：电子工业出版社，2001.10
[10]褚振勇 瓮木云. FPGA 的设计与应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2002.27
[11]段吉海 黄智伟.基于CPLD/FPGA的数字通讯系统建模与设计.北京：电子工业出版社，2004.26
[12]任晓东.CPLD/FPGA高级应用于开发指南.北京：电子工业出版社，2003.12
