基于FPGA的串口通讯设计_基于fpga的串口通信设计

这个小项目是在2013年初学FPGA时所做的，现把当时的设计笔记贴出来。

RS232C电气规定

EIA-RS-232C对电气特定、逻辑电平和各信号线功能都做了相关规定。在此部分，只简单介绍相关的电气特性。

对于RS232C标准对逻辑电平的定义，在数据部分，逻辑1的电平低于-3V；逻辑0的电平高于3V。在控制信号部分，信号有效的电平高于+3V；信号无效的电平低于-3V。在介于-3V～3V之间，高于15V，低于-15V的电压没有意义。

所以在实际的工作中，需要完成RS232电平与TTL电平的转换，以保证MCU，FPGA等能匹配RS232电平。最常用的芯片MAX232芯片可以完成TTL到RS232电平的转换。

串行通信数据格式

一帧异步通信的数据格式主要包含以下几个部分：

起始位：以一位低电平开始，表示发送端开始发送一帧数据

数据位：即要传输的数据信息，低位在前，高位在后。数据位长度一般为5-10bit，常使用8bit.

奇偶校验位：用于校验数据的正确性，可以选择为奇校验或者偶校验

停止位：用于向接收端表示一帧数据已经发送完成，长度一般为1～2位。

空闲状态：一般用高电平表示，用于通知接收端等待数据传输。

RS232C的串行总线在空闲的时候总保持为逻辑1状态，即串行数据连接线上的电平为-3v～-15v。当需要传输一个字符时，首先会发送一个逻辑0为起始位，表示开始发送数据；之后就逐个发送数据位、奇偶校验位和停止位（逻辑1），每一次传输1个字符（通常为8bit）.由于两次传输中的时间间隔是可变的，所以这种传输被称之为异步传输。

RS232C规定了一系列的波特率标准，常用的有9600b/s、115200b/s等。在设置波特率的时候，必须通知通信双方。

具体设计

本设计在KC705的Demo板上，实现了波特率为9600b/s，停止位为1bit，不带奇偶校验位，具有异步复位功能的串口通讯控制器。最终要求和PC上的超级终端完成双向通信。为了测试串口通信是否正常，在顶层设计的时候添加了可供测试验证的部分：当在开发板上按下button时，发送数据每次加1，并且当通过PC发送数据的时候，点亮对应的LED灯。

总体设计方案

RS232串口通信主要由波特率发生模块，串口数据发送模块，串口数据接收模块构成。在顶层设计中还加入了外部按键相应模块和LED驱动模块。总体设计框图如下：

在本设计中采用自底向上的设计方法。

波特率产生模块

板级整体输入时钟为50M，为了要产生9600b/s的波特率，那么必须使用分频器。一般来讲，为了提高系统的容错性处理，经常会要求波特率发生器的输出时钟为实际串口数据波特率的N倍，N一般取值为8、16、32等。由于串口通讯的速率较慢，取N倍后的时钟频率也不是很高&#