FPGA设计与应用-串口通信实验

HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy实实验验报报告告课程名称：FPGA设计与应用实验题目：串口通信实验院系：电子与信息工程学院班级：1005104姓名：原亚欣学号：1100500235实验时间：2013年11月哈尔滨工业大学串口通信实验一、实验目的1、了解串口通信的基本原理；2、掌握锁相环的基本原理和使用方法；3、掌握起始位和停止位的含义及实现方法；4、掌握VHDL状态机的基本使用方法；5、掌握基本的接口设计和调试技巧；二、实验准备2.1串口通信原理串口通信指口按位发送和接收字节。通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。波特率表示每秒传输的位数，接受发送双方必须匹配。不发送数据时，连线上为高电平。发送数据时，要首先发送一个起始位，为低电平，然后按照协议发送需要的数据，八位或者九位（带有校验位），然后发送一个停止位，为高电平。接收时，要首先确定起始位，然后按照协议接受八位或者九位数据。接受完成后继续判断起始位，开始下一个接受周期。2.2锁相环的基本原理参考频率源压控振荡器环路滤波器鉴相器程序分频器频率输出锁相环的框图如上所示，主要包括：相器、环路滤波器、压控振荡器、分频器构成。鉴相器用来鉴别输入信号与输出信号之间的相位差，并输出误差电压Ud。Ud中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi，当二者相等时，环路被锁定，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。三、源代码及测试结果3.1串口发送程序及分析libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entityyyx_shiyan2_txisPort(yyx_clkin:inSTD_LOGIC;yyx_txd:outSTD_LOGIC;yyx_datain:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0));endyyx_shiyan2_tx;architectureBehavioralofyyx_shiyan2_txisTYPEuart_state_typeIS(state_idle,state_start,state_shift,state_stop);SIGNALyyx_clk_buf:STD_LOGIC:='0';SIGNALyyx_cnt:STD_LOGIC_VECTOR(26DOWNTO0);SIGNALstate:uart_state_type:=state_idle;SIGNALyyx_data_tx:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALyyx_stop_cnt:std_logic_vector(7downto0);beginPROCESS(yyx_clkin)BEGINIFyyx_clkin'eventandyyx_clkin='1'THENIFyyx_cnt217THENyyx_cnt=yyx_cnt+1;yyx_clk_buf='0';ELSIFyyx_cnt434THENyyx_cnt=yyx_cnt+1;yyx_clk_buf='1';elseyyx_cnt=(OTHERS='0');yyx_clk_buf='0';ENDIF;endif;ENDPROCESS;PROCESS(yyx_clk_buf)VARIABLEnumber:INTEGERRANGE7DOWNTO0;BEGINIFrising_edge(yyx_clk_buf)THENCASEstateISWHENstate_idle=yyx_txd='1';yyx_data_tx(7DOWNTO4)=yyx_datain;yyx_data_tx(3DOWNTO0)=NOTyyx_datain;state=state_start;WHENstate_start=yyx_txd='0';number:=0;state=state_shift;WHENstate_shift=yyx_txd=yyx_data_tx(number);IFnumber7THENnumber:=number+1;state=state_shift;ELSEyyx_stop_cnt=X00;state=state_stop;ENDIF;WHENstate_stop=yyx_txd='1';IFyyx_stop_cnt=XAATHENyyx_stop_cnt=X00;state=state_idle;ELSEyyx_stop_cnt=yyx_stop_cnt+1;state=state_stop;ENDIF;WHENOTHERS=state=state_idle;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;endBehavioral;发送部分有两个输入和一个输出。其中时钟信号由23脚输入，发送的数据由拨码开关（105,108,129,130脚）输入，输出为8位，其中高四位为拨码开关的数值，第四位为拨码开关取反后的数值。将这八位信号由低位到高位按位发送。如果当前状态为idle则下一时刻进入start状态；如果当前状态为start，则下一个时钟周期进入busy状态，开始发送数据，发送最低位是计数0,每发送一位计数加一，当计数为7时说明发送完毕，则下一时钟周期进入stop状态；stop状态下一个时钟周期进入idle状态。串口发送以低电平为起始位，高电平为中止位，中间八位为数据位。故idle和stop状态TTXD均为1，start状态TTXD为0，busy/状态TTXD为所发送的数据。TTXD发送的数据与计算机相连经过串口调试软件进行测试。3.2串口发送程序的SignalTapII波形测试四、论述若串口采用1位起始位，1位停止位，1位奇偶校验位的通信方式，试画出该串口发送数据EAH的波形图。EA二进制为11101010，因此采用1位起始位，1位停止位，1位奇偶校验位的通信方式发送数据位0|01010111|0|1，采用奇校验。若采用偶校验则发送数据为0|01010111|1|1。