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一种基于FPGA的UARTIP核设计
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3
2011
3
月
第
卷
第
期
四 川 兵 工 学 报
年
【
】
自动化技术
FPGA UART IP
的 核设计
一种基于
， ，
刘贤明 赵 侃 谢 恺
(
，
解放军炮兵学院 合肥
230031)
:
摘要 针对大部分集成电路中的
UART(
)
、
、
，
通用异步收发器 芯片成本高 电路复杂 移植性较差等缺点 提出了一种基
VerilogHDL
硬件描述语言
FPGA UART IP
的
，
、
，
于
核设计方法 应用有限状态机设计了接收器 发送器等模块 并使用
。 : ， ， ，
进行编程仿真试验 仿真结果表明 该方法减小了系统体积 降低了功耗 提高了系统的稳定性和可靠性 增加了系
，
统的灵活性 提高了可移植性
。
: FPGA(
) ; UART(
) ; IP(
) ;
知识产权 核 状态机
关键词
中图分类号
现场可编程逻辑门阵列
通用异步收发器
: A
: TN391
: 1006 － 0707( 2011) 03 － 0064 － 03
文献标识码
文章编号
UART
( universal asynchronous
5，6，7
8
。 / ，
收 发双方在数据开始传输前 需
的全称是通用异步收发器
它可以是
或
位
receiver transmitter) ，
是实现设备之间低速数据通信的标准协
，
要对双方数据位位数作一致的定义 否则会导致数据的传输
。
( ) 、 、
它具有使用简单 只有几个寄存器 应用广泛 接线简
。
错误 数据位的发送采用低位
( LSB)
。
议
先发送
， ， ，
单等优点 对电平进行转换后 通信距离较长 但存在电路复
3) 。UART
校验位
， /
的校验位紧挨着数据位 采用奇 偶
、 、 。
杂 成本高 可移植性差等缺点 本文采用
FPGA(
， 。
位校验方式 是为了验证数据传输的安全性而设置的 在
现场逻辑
) ，
门阵列 通过对
UART
，
功能的分析和模块化处理 可以用波
/ ，
收 发双方进行数据传输前要预设好是否需要校验位 如果
、 、
特率发生器 接收器 发送器三大基本模块来描述
UART，
，
。
1
。
实
需要 则需说明是奇校验还是偶校验 如图 所示
4) 。UART ，
的帧以停止位作为停止标志 是在
UART
， 、 ，
的功能 使整个系统更为灵活 紧凑 减少整个电路
现
停止位
［1 － 3］
，
的体积 提高系统的可靠性和稳定性
。
( ) 1 ～ 2
数据位 没有校验位 之后发送
“ 1”
位的 逻辑 和校验位
1 ～ 2
“
1”(
) ， 1 2
之后
位的 逻辑
当发送完停止位之后
5) UART
有校验位 停止位可以为 位和
。
，UART
。
位
总线进入空闲
总线上没有数据进行传输 表
1”。
1
UART
概述
。
，
空闲 空闲指
UART
。“ ”
是一种异步通信协议 异步 指不需要额外的
“
现为发送方输出 逻 辑
，
在 空 闲 时 接 收 方 时 刻 监 视
， ，
时钟线进行数据的同步传输 是一种串行总线接口 只需占
UART
， ( “
总线上电平变化 当发现起变化 出现低电平 逻辑
2
( ，
根线就可以完成数据的收发 一根接收数据 一根发送
0”) ， ， ，
则进入数据接收状态 直至接收完一帧数据 如果最后
用
) ，
数据 常用的标准通信波特率有
9 600 bps、115 200 bps
。
，
没有检测到停止位 则标志帧错误
。
等
RS232，RS485
。
6) 。 UART
波特率 由于
， /
没有同步时钟线 收 发双方如
常见的串口有
等
串口一般以帧为单位
， 、 、
发送数据 一帧由起始位 数据位 校验位和停止位组成
。
， /
果需要进行正确的数据传输 则要在收 发双方定义一致的
数
， 1
据逐位传输 帧格式如图 所示
。
，
位时钟 位时钟可以理解为
UART
总线一个位所占用的时
1)
。UART
( ) ，
空闲时 没有数据传输 总线为高
， “
间 即 波特率
”。
， /
在定义上 收 发双方的波特率可以是随意
起始位
(
电平 逻辑
1) ， ， “
当需要数据传输时 首先发送一个 起始位
”，
， ， 9 600 bps，
的 只需要保持一致 如双方都是 但是 这不能兼
“
起始位为一个低电平 逻辑
0”。
， ，
容现有常用的设备 所以在工程应用中 常用一些特定的波
2)
。 1 ， “ ”
数据位 如图 所示 紧挨着 起始位 的是数据位
，
， 4 800 bps、9 600 bps 115 200 bps
特率值 如 或
。
等
1
UART
帧格式示意图
图
: 2010 － 12 － 28
收稿日期
:
基金项目 中国博士后科学基金资助项目
( 200801493，20080430223) ，
( 090412043)
安徽省自然科学基金资助项目
:
作者简介 刘贤明
( 1980—) ， ， ，
男 硕士研究生 主要从事雷达信号处理研究
。
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