4 接收模塊

　　根據(jù)UART 的協(xié)議描述，可以畫出如圖3 所示的接收邏輯流程圖。接收邏輯首先通過檢測輸入數(shù)據(jù)的下降沿來檢查起始位，然后產(chǎn)生接收時鐘，利用接收時鐘來采樣串行輸入數(shù)據(jù)，在緩沖器中作移位操作，同時產(chǎn)生校驗位，在第9 位處比較校驗位是否正確，在第10 位處比較停止位是否為高，在校驗位錯誤或停止位錯誤的情況下產(chǎn)生錯誤指示信號。接收時鐘是根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈十a(chǎn)生的，16 倍于波特率發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘。

　　接收模塊信號：

　　rst （輸入） ： 復(fù)位信號；

　　clk16x （輸入） ： 輸入時鐘；

　　rdn （輸入） ： 讀鎖存信號；

　　rxd （輸入） ： 串行數(shù)據(jù)輸入信號；

　　dout ［ 0： 7 ］ （輸出） ： 并行數(shù)據(jù)輸出總線；

　　fram ing_ erro r （輸出） ： 幀錯誤信號；

　　parity_ erro r （輸出） ： 校驗錯誤信號；

　　data_ ready （輸出） ： 數(shù)據(jù)接收完畢信號。

　　圖3 接收邏輯的流程

　　運用Modelsim 712 對接收模塊做了時序仿真，其結(jié)果如圖4 所示。接收時鐘與發(fā)送時鐘相同，接收到一幀串行數(shù)據(jù)，由接收模塊轉(zhuǎn)換為并行輸出，并且檢驗校驗位和停止位，產(chǎn)生fram ing_ erro r 和parity_ erro r 信號輸出。

　　圖4 接收模塊時序仿真波形圖

　　5 接口控制模塊

　　接口控制模塊連接控制發(fā)送、接收、波特率發(fā)生模塊，并與外部并行總線相連接，從外部（CPU 或單片機） 接收控制信號（nrst， nw rn， nbdn， nrdn） ， 來控制UART 的發(fā)送、接收以及內(nèi)部時鐘的生成。在nw rn 有效并且內(nèi)部信號tbre= ′0′（發(fā)送緩沖寄存器空） 時，將數(shù)據(jù)總線輸入的并行數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)送模塊數(shù)據(jù)線din （7： 0） ， 執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)功能。在nrdn 有效并且內(nèi)部信號data_ ready， parity_erro r， fram ing_ erro r 有效時，允許從接收模塊讀入接收到的數(shù)據(jù)。波特率發(fā)生器和發(fā)送模塊的并行數(shù)據(jù)輸入端口共用一個數(shù)據(jù)總線。

　　6 總體電路綜合及仿真

　　UART 總體電路如圖5 所示，分別由上述4 個模塊組成。其時序仿真如圖6 所示。

　　圖5 UART 總體電路圖

　　圖6 UART 總體時序仿真波形圖

　　觀察圖6， 可以看到串行輸出端口sdo 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)為“00101011001”， 第一位為起始位，8 位數(shù)據(jù)位，校驗位為“0”（偶校驗） ， 1 位停止位，空閑狀態(tài)位為高電平。并行輸出端口ndout 輸出為“00101010”， 輸入數(shù)據(jù)幀格式正確，校驗位正確。

　　7 結(jié) 語

　　用FPGA 器件實現(xiàn)了UART 異步收發(fā)器的核心功能，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并可以在接收數(shù)據(jù)時對其校驗位、停止位進(jìn)行判斷，在發(fā)送數(shù)據(jù)時可以形成完整的一幀數(shù)據(jù)格式。其接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘有內(nèi)部波特率發(fā)生器產(chǎn)生，根據(jù)預(yù)置的分頻系數(shù)，對外部時鐘進(jìn)行分頻，產(chǎn)生需要的接收或發(fā)送時鐘。將該UART 電路作為一功能塊嵌入到一個FPGA 實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中，成功地實現(xiàn)了和遠(yuǎn)端的PC 機進(jìn)行異步串行通信。實驗證明該UART 電路簡單，工作穩(wěn)定、可靠，可運用于低端的異步通信。