基于FPGA的串行通信设计

基于fpga的串口设计及实现

基于fpga的串口设计及实现
基于FPGA的串口设计及实现是一个涉及数字电路设计和通信协
议的复杂课题。

首先，让我们从串口通信的基本原理开始。

串口通信是一种通过串行传输数据的通信方式，它使用一个或
多个数据线（通常是一对）来逐位地传输数据。

常见的串口通信标
准包括RS-232、RS-485、UART等。

在FPGA中实现串口通信，需要
考虑以下几个方面：
1. 串口通信协议选择，根据具体的应用场景和需求，选择合适
的串口通信协议。

例如，UART是一种常见的串口通信协议，它使用
起始位、数据位、校验位和停止位来传输数据。

2. 串口通信接口设计，在FPGA中设计串口通信接口，需要考
虑数据的发送和接收，时钟信号的同步等问题。

通常需要使用FPGA
的IO资源来实现串口通信接口。

3. 串口通信协议的实现，在FPGA中实现选择的串口通信协议，包括数据的发送和接收、时序控制、校验等功能。

这通常需要使用Verilog或VHDL等硬件描述语言进行开发。

4. 硬件调试和验证，设计完成后，需要进行硬件调试和验证，包括时序分析、波形仿真等工作，确保串口通信的稳定和可靠。

在实际的FPGA串口设计中，还需要考虑时钟频率、数据传输速率、数据格式、数据校验、中断处理等问题。

此外，还需要考虑FPGA与外部设备的接口，如与传感器、显示器、存储器等设备的接口设计。

总之，基于FPGA的串口设计及实现涉及到硬件设计、数字电路设计、通信协议等多个方面的知识，需要综合考虑各种因素，进行全面的设计和实现。

基于fpga的串口设计毕业论文【管理资料】

高等教育自学考试毕业设计（论文）题目基于ＦＰＧＡ的串口设计专业班级姓名指导教师姓名、职称所属助学单位2013年3月25日目录目录 (2)摘要 (3)第一节绪论 (4)研究背景 (4)１. ２课题研究现状及发展存在的主要问题 (4) (5) (5) (5)第二节 UART原理介绍 (6)UART结构和工作原理 (6)UART原理 (6) (7)第三节方案选择 (7)设计语言选择 (7) (7) (8) (8) (9) (9)第四节系统硬件设计 (9)器件芯片介绍 (9)FPGA核心板EP1C12介绍 (9)MAX232 (10)RS232 (11)系统整体结构 (11)第五节系统软件设计 (13) (13) (14) (15)第六节总结 (19)致谢 (20)参考文献 (20)摘要随着微电子技术的发展，电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展。

ＵＡＲＴ由于具有可靠性高、传输距离远、线路简单等优点，被广泛应用于串行通信电路。

本设计是基于现场可编程门阵列ＦＰＧＡ的嵌入式ＵＡＲＴ模块化设计方法。

利用ＦＰＧＡ实现ＵＡＲＴ的功能与ＰＣ机实现串口通信。

ＵＡＲＴ模块是通过ＭＸ２３２转换电平与ＰＣ机进行通信，采用硬件描述语言（ＶＨＤＬ）实现逻辑电路，整个设计采用模块化实现，通过有限状态机，增加设计灵活性、降低成本。

关键字【ＦＰＧＡ、ＵＡＲＴ、串行通信、ＰＣ机、ＶＨＤＬ】AbstracWith the Rapid development of microelectronics technology, Electronic equipment become smaller and integrated . UART because of its high reliability ,long transmission distance ,lines become broader and simple serial data communication design is based on Field Programmable Gate Array(FPGA) design methodology for embedded use FPGA to come true the communication between UART and personal computer,all based on these modules feature hardware description language VHDL and implemented through the finite state machine, and enhance design flexibility, reduced costs.Key Words:【ＦＰＧＡ、ＵＡＲＴ、USART、ＰＣ、ＶＨＤＬ】第一节绪论研究背景近几十年，电子技术飞速发展，高新科技日新月异。

基于fpga的串口通信

基于FPGA的串口通信设计学号：姓名：班级：指导教师：电子与控制工程学院一、串行通信系统1.1概述在计算机系统和微机网络的快速发展领域里串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。

UART Universal AsynchronousReceiver Transmitter控制系统中广泛使用的一种全双工串行数UART的全部功能。

只需将其核心功能集成即可。

波特率发生器、接收器和发送器是UART利用Verilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART是广泛使用的串行数据传输协议。

UART允许在串行链路上进行全双工的通信。

串行外设用到RS232-C UART实现。

如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART如FIFO有时我们不需要使用完整UART的功能和这些辅助功能。

或者设计上用到了FPGA/CPLD器件那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。

使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。

本文应用EDA FPGA/CPLD器件设计与实现UART。

通信指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方不同的环境下有不同的解释在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递是指由一地向另一地进行信息的传输与交换其目的是传输消息。

然而通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。

在各种各样的通信方式中利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)1.2串行通信简介计算机与计算机，计算机与外部设备进行数据交换也称为通信，一般有两种方式并行通信和串行通信。

信息的各位数据被同时传送的通信方法是并行通信并行通信依靠I/O接口来实现。

并行通信中数据有多少位就需要多少条信号传输线。

基于FPGA的SOC系统中的串口设计

基于FPGA的SOC系统中的串口设计1概述在基于FPGA的SOC设计中,常使用串口作为通信接口,但直接用FPGA进行串口通信数据的处理是比较繁杂的,特别是直接使用FPGA 进行串口通信的协议的解释和数据打包等处理,将会消耗大量的FPG A硬件资源。

为简化设计,降低硬件资源开销,可以在FPGA中利用IP核实现的嵌入式微处理器来对串口数据进行处理。

本文中的设计采用了XILINX的FPGA,可选用的嵌入式微处理器IP核种类繁多,但基于对硬件资源开销最少的考虑,最终选用了Picobl aze。

嵌入式微处理器PicoBlaze适用于Spartan-II/E、CoolRunner-II和Virtex系列FPGA,运行速度可达到40MIPS以上,提供49个不同的指令,16个寄存器,256个地址端口,1个可屏蔽的中断。

其性能超过了传统的8bit微处理器。

嵌入式微处理器Picoblaze的功能、原理见参考文献[1]。

Picoblaze使用灵活,但其缺点是可寻址的存储空间非常有限,因此为满足实际需要本文同时也提出了使用片外SDRAM器件对其存储能力进行扩展的设计方法。

2串口收发接口设计2.1串口收发接口硬件设计嵌入式微处理器PicoBlaze本身并不具备串行接口,因此必须在F PGA中设计串口接收和发送模块并通过总线结构与Picoblaze连接。

串口接收和发送模块的设计可采用成熟的IP核。

实际设计中采用了XLINX的串口收发IP核,其特点是串口波特率,符号规则都可以灵活地定制,同时具有16字节的接收FIFO和16字节的发送FIFO。

串口收发IP核的功能、原理见参考文献[2]。

使用Picoblaze和串口收发IP核构成的串口收发系统结构见图1。

在设计中,发送模块、接收模块和标志寄存器分别有不同的地址, Picoblaze通过地址端口对串口收发模块进行访问。

设计中的标志寄存器,可用于指示发送模块和接收模块中FIFO的状态,Picoblaze通过查询标志寄存器来完成对串口数据的收发控制。

基于FPGA的高速串行数据收发接口设计

基于FPGA的高速串行数据收发接口设计随着信息技术的不断发展，高速串行数据收发接口已经成为许多应用领域中的关键技术。

而基于FPGA的高速串行数据收发接口设计，可以充分发挥FPGA的并行计算和可编程性优势，实现高速数据传输和处理。

本文将介绍基于FPGA的高速串行数据收发接口的设计原理、关键技术和应用。

一、设计原理在高速串行数据收发接口中，主要涉及到以下几个方面的技术：物理接口、时钟同步、帧同步、数据编码和解码、差分信号传输等。

1.物理接口物理接口是指FPGA与外部设备之间进行数据传输的接口。

常见的物理接口包括LVDS、USB、PCIe等。

在设计中，需要选择合适的物理接口，并实现与FPGA之间的连接。

2.时钟同步时钟同步是指接收端与发送端的时钟信号保持同步，以确保数据的准确传输。

常见的时钟同步技术包括PLL锁相环、FIFO缓存等。

在设计中，需要使用适当的时钟同步技术，保证数据的稳定传输。

3.帧同步帧同步是指接收端能够正确识别数据帧的起始和结束标志，以及数据帧中的各个字段。

在设计中，通过使用标志位或者特定的编码格式，可以实现帧同步，保证数据的正确接收和解析。

4.数据编码和解码数据编码和解码是指将要传输的数据进行编码，以提高传输速率和抗干扰能力。

常见的数据编码和解码算法包括差分编码、曼彻斯特编码、8b/10b编码等。

在设计中，需要根据具体的应用需求，选择合适的数据编码和解码算法。

5.差分信号传输差分信号传输是指将发送端的信号分为正负两路进行传输，以提高传输速率和抗干扰能力。

差分信号传输可以有效抑制共模干扰和噪声，提高信号的可靠传输。

二、关键技术在基于FPGA的高速串行数据收发接口设计中，需要关注以下几个关键技术。

1.时钟和数据恢复由于传输中的时钟和数据可能存在相位偏移和抖动等问题，因此需要使用时钟和数据恢复技术来保持时钟的稳定，并将数据恢复到正确的状态。

2.信号完整性由于传输线上会存在反射、串扰等问题，需要采取合适的电路设计和布线策略，以提高信号的抗干扰能力和抗噪声能力，保证数据的可靠传输。

基于FPGA的串行接收模块的设计

基于FPGA的串行接收模块的设计1 前言随着FPGA 的飞速发展与其在现代电子设计中的广泛应用，越来越多的实验和设计中会运用FPGA 与RS232 通信。

与此同时，FPGA 具有功能强大、开发过程投资小、周期短、可反复编程等特点。

笔者在FPGA 芯片上集成了串行接收功能模块，从而简化了电路、缩小了电路板的体积、提高了可靠性。

本文主要介绍围绕FPGA 所设计的符合RS232 标准的串行接收模块。

2异步串行通信原理串行通信分为两种类型：同步通信方式和异步通信方式。

本设计采用的是异步通信方式，其的特点是：通信的发送方和接收方各自有独立的时钟，传输的速率由双方约定。

国际上规定的一个串行通信波特率标准系列是：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、19200，单位是bps。

本文采用的是19200bps。

异步传输是一个字符接一个字符传输。

一个字符的信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。

每一个字符的传送靠起始位来同步，字符的前面是一位起始位，用下降沿通知接收方传输开始，紧跟着起始位之后的是数据位，传输时低位在前、高位在后，字符本身由5～8 位数据位组成。

数据位后面是奇偶校验位，昀后是停止位，停止位是高电平，标志一个字符的结束，并为下一个字符的开始传送做准备。

停止位后面是不定长度的空闲位。

停止位和空闲位都规定高电平，这样可以保证起始位开始处有一个下降沿，如图1 所示。

3 硬件接口电路原理设计在串行通信中，普遍采用的是RS232-C 接口的标准。

RS232-C 接口信号引脚的连接方式规定了25 芯的D 型连接器DB-25，本设计采用的是一个9 芯的D 型连接器DB-9，并且用昀为简单常用的三线制接法，即地、接受数据和发送数据三脚相连。

500)this.style.width=500;”border=“0” />本设计的硬件接口电路图如图2 所示，由三部分组成：FPGA 串口接收模块、MAX232 和DB-9。

基于FPGA的串口通信

module chuankou_1(clk,rxd,dig_bit,dig_seg);input clk,rxd;output[1:0]dig_bit;output[7:0]dig_seg;reg[1:0]dig_bit;reg[7:0]dig_seg;reg flag_bit;//数码管位标志//使用9600bps的波特率，使用其16倍频进行读取；reg clk_rxd;//16倍频，对于50MHZ的时钟，其分频系数为8'hA1;reg[7:0]cnt_clk_rxd;reg[3:0]cnt_read;//对16倍频的周期信号进行计数，每16次清零，并开始读取下一位数据；reg r1,r2,r3;//对每一位数读三次，以保证准确率；reg[7:0]data;//用来逐位接收串口的数据；reg[3:0]cnt_bit;//对data进行位选择；reg[2:0]state;reg clk_led;//数码管显示使用reg[11:0]cnt_clk_led;reg[3:0]num;//产生16倍频的时钟；always@(posedge clk)beginif(cnt_clk_rxd>=8'ha1)begincnt_clk_rxd<=8'd0;clk_rxd<=~clk_rxd;endelsecnt_clk_rxd<=cnt_clk_rxd+1'b1;endparameter IDLE=3'b000,READ=3'b001,WRITE=3'b010;always@(posedge clk_rxd)begincase(state)IDLE:beginif(rxd==1'b1)beginstate<=IDLE;cnt_read<=4'd0;endelsebeginif(cnt_read<4'd15)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;state<=IDLE;endelsebegincnt_read<=4'd0;state<=READ;endendendREAD:beginif(cnt_bit<=4'd7)beginif(cnt_read==4'd4)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r1<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd9)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r2<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd12)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r3<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd15)beginif((r1==r2)&&(r2==r3)&&(r1==r3))begindata[cnt_bit]<=r3;//取值;state<=READ;cnt_read<=4'd0;cnt_bit<=cnt_bit+1'b1;endelsebegincnt_bit<=4'd0;state<=IDLE;cnt_read<=4'd0;endendelsebeginstate<=READ;cnt_read<=cnt_read+1'b1;endendelsebeginstate<=WRITE;cnt_bit<=4'd0;endendWRITE://此状态暂时未用；beginstate<=IDLE;enddefault:state<=IDLE;endcaseend//以下是数码管显示部分；parameter segcode0=8'b1100_0000;parameter segcode1=8'b1111_1001;parameter segcode2=8'b1010_0100;parameter segcode3=8'b1011_0000;parameter segcode4=8'b1001_1001;parameter segcode5=8'b1001_0010;parameter segcode6=8'b1000_0010;parameter segcode7=8'b1111_1000;parameter segcode8=8'b1000_0000;parameter segcode9=8'b1001_0000;parameter segcodea=8'h88;parameter segcodeb=8'h83;parameter segcodec=8'hc6;parameter segcoded=8'ha1;parameter segcodee=8'h86;parameter segcodef=8'h8e;always@(posedge clk)beginif(cnt_clk_led>=12'h9c3)begincnt_clk_led<=12'd0;clk_led<=~clk_led;endelsecnt_clk_led<=cnt_clk_led+1'b1;endalways@(posedge clk_led)beginflag_bit<=flag_bit+1'b1;case(flag_bit)1'b0:dig_bit<=2'b10;1'b1:dig_bit<=2'b01;endcaseendalways@(posedge clk_led)begincase(flag_bit)1'b0:num<=data[3:0];1'b1:num<=data[7:4];endcaseendalways@(num)begincase(num)4'd0:dig_seg<=segcode0;4'd1:dig_seg<=segcode1;4'd2:dig_seg<=segcode2;4'd3:dig_seg<=segcode3;4'd4:dig_seg<=segcode4;4'd5:dig_seg<=segcode5;4'd6:dig_seg<=segcode6;4'd7:dig_seg<=segcode7;4'd8:dig_seg<=segcode8;4'd9:dig_seg<=segcode9;4'd10:dig_seg<=segcodea;4'd11:dig_seg<=segcodeb;4'd12:dig_seg<=segcodec;4'd13:dig_seg<=segcoded;4'd14:dig_seg<=segcodee;4'd15:dig_seg<=segcodef;endcaseendendmodule。

基于FPGA 的异步串行通信控制器的设计与实现

基于FPGA 的异步串行通信控制器的设计与实现摘要】本论文采用VHDL 语言描述硬件功能，利用Altera 公司的FPGA 芯片,采用模块化设计方法设计UART（通用异步收发器）的各个模块，在QuartusII 和ModelSim 环境下进行设计、编译、仿真和下载。

而上位机利用VC6.0 实现PC 机与UART 的通信。

最后的通信测试表明系统数据完全正确。

【关键词】UART FPGA VHDL VC【中图分类号】TN02 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2009）01－0023－03【Abstract】This paper described the hardware functions by VHDL and designed the UART modules in modularization method by usingFPGA COMS chip of Altera company, which was designed, compiled, simulated and downloaded in QuartusII and ModelSim. However, uppermachine used VC6.0 to realize the communication between PC and UART. The final simulation results show the system data is completedcorrect.【Key words】UART FPGA VHDL VC一、引言UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）通用异步收发器、是一种应用非常广泛的短距离串行传输接口，主要应用于短距离、低速低成本的微机与下位机的实时通讯中，串行外设接口芯片的型号有很多，如16550 等，然而这类芯片本身已经相当复杂，有的甚至含有许多辅助的功能模块（如FIFO），但是实际应用中常常不需要使用如此完整的UART 的功能以及这些辅助功能。

基于FPGA的高速串行链接通信设计与实现

（ｔｔＫｅａｆＤｔｌａｕａｔｒｑｉｍｅｔｎｅｈｏｏｙＳａｅｙＬｂｏｉａｎｆｃｏｙＥｕｐｎｄＴｃｎｌｇ，ＭａＨｕｚｏｇＵｉｅｓｙｏｃｎｅ＆Ｔｃｎｌｇ，ｕａ３０４Ｃｈｎ）ａｈｎｎｖｒｉｆＳｉｃｔｅｅｈｏｏＷｈｈｇ — ｐｅｅａｌｋ；ｏｙｗｏｄ：ｐｉｌｆｅ；ｉｈｓｅｄｓｒｌｉｃｍｍｕｉａｉｎｐｏｏｏ；ｏｒａｌｉｒｃｎｒｌｂａｄｃｉｉｎｎｃｔｒｔｃｌｐｗｅｍｐｉｅｏｔｏｏｏｆｒ
ｗｈｃａｓｄｉｎｉｈｓｅｄａｄｐｅｉｅＩｑｉｍｅｔａｈｇ —ｐｅｐｒｉｋｃｍｍｕｉａｉｎｓｌｔｎｗｓｄｓｇｅｈｃｉｈｗｓｕｅｎｏｅｈｇ —ｐｅｎｒｃｓＣｅｕｐｎ，ｉｈｓｅｄｓｅｉｌｏｌａｎｎｃｔｏｕｉａｅｉｎｄｗｉｈｏｏｕｅｐｉａｂｒａｅｃｍｍｕｉａｉｎｍｅｉｍ．ｈｈｓｃｌｌｙｒｔｎｐｒｌｙｒａｄａｐｉａｉｎｌｙｒｆｈｏｓｄｏｔｌｆｅｓｔｏｃｉｈｎｃｔｄｕＴｅｐｙｉａｅ，ｒｓｏｔａｅｎｐｌｔｅｅｃｍｍｕｉａｉｎｐｏｏａａｃｏａｏｔｎｃｔｒ— ｏｔｃｌｗｒｅｃｂｄＴｅｐｐｒｕｅｒｏＬｌｎｕｇｒｇａｏｈＰｏｒ．ｈｃｅａｓｄｉｅｃｍｍｕｉｏｏｅｅｄｓｒｅ．ｈａｅｓｄＶｅｉｇＨＤａｇａｅｔｐｏｒｍｎｔｅＦＧＡｂａｄＴｅｓｈｍｅｗｓｕｅｎｔｏｉｌｏｈｎ—

基于FPGA的数据高速串行通信实现

基于FPGA的数据高速串行通信实现1 引言在许多实际运用的场合中，数字信号传输具有数据量大，传输速度高，采用串行传输等特点。

这就要求数据收发双方采用合理的编解码方式及高速器件。

数字信号传输一般分并行传输、串行传输两种。

并行传输具有数据源和数据目的地物理连接方便，误码率低，传输速率高。

但是并行传输方式要求各条线路同步，因此需要传输定时和控制信号，而其各路信号在经过转发与放大处理后，将引起不同的延迟与畸变，难以实现并行同步。

若采用更复杂的技术、设备与线路，其成本会显著上升。

而高速远程数据传输一般采用串行同步传输。

传统建立准确的时钟信号的方法是采用锁相环技术。

但锁相环有若干个明显缺陷，一是其同步建立时间及调整精度即使采用变阶的方法也很难兼顾；二是锁相环需要一个高精度高频率的本地时钟。

本文所讨论的两种串行同步传输方法，无需高频率时钟信号，就可完全数字化。

采用Altera公司的ACEXlK系列器件完成电路设计，且外围电路简单，成本低，效果好。

2主要器件介绍编码和解码采用ACEXlK系列器件EPlK100QC208-2。

ACEXlK器件是Altera 公司针对通信、音频处理及类似场合应用而设计的。

该系列器件具有如下特性：高性能。

采用查找表(LUT)和嵌入式阵列块(EAB)相结合的结构，适用于实现复杂逻辑功能和存储器功能，例如通信中应用的DSP、多通道数据处理、数据传递和微控制等；高密度。

典型门数为1万到10万门，有多达49 152位的RAM(每个EAB有4 096位RAM)。

系统性能。

器件内核采用2.5 V电压，功耗低，其多电压引脚驱动2.5 V、3.3 V、5.0 V的器件，也可被这些电压所驱动，双向I／O引脚执行速度可达250 MHz；灵活的内部互联。

具有快速连续式延时可预测的快速通道互连。

3实现方法本文所述方法应用于数字音频数据实时传输。

原始数字音频每一帧视频数据为并行8位，速率达2 Mb／s，串行传输速度为16 Mb／s。

基于 FPGA 串行收发器的通信接口设计与实现

基于 FPGA 串行收发器的通信接口设计与实现摘要：随着信号处理带宽和吞吐量的需求与日俱增，多片FPGA协同工作成为一种发展趋势。

FPGA片间通信必然成为一个研究热点，特别是不同厂商FPGA间的通信。

基于FPGA串行收发器，利用8B/10B编码，实现了链路同步、数据收发以及流量控制。

通过板间验证表明：该设计与实现的通信接口稳定可靠，单对收发器通信速率可达10Gbps，并且可进行多路扩展应用，可应用于40G、100G等高速通信。

关键词：FPGA；8B/10B编码；高速收发器DESIGN AND INPLEMENTATION OF COMMUNICATION INTERFACE BASE ON FPGA SERIAL TRANSCEIVERYe Yun-feng, Ren Ji-kui, Huang rui, Yuan jun（No.30 Institute of CETC, Chengdu Sichuan 610041, China）Abstract：With the demand of signal processing bandwidth and throughput increases, multi-chip FPGA cooperative work becomes a trend. FPGA inter-chip communication must become a research hotspot, especially the communication between different FPGA of manufacturers. On the basis of FPGA serial transceiver, the link synchronization, data sending and receiving and traffic control are realized by using 8B/10B coding. The inter-board verification shows that the communication interface is stable and reliable, the communication rate of single pair transceiver can reach 10Gbps, and can be applied to high speed communication such as 40Gbps or 100Gbps.Key words：FPGA; 8B/10B code; High-speed transceiver0 引言随着云计算与大数据技术的发展，用户对信息传输的需求不断增长，基带信号处理的带宽和吞吐量需求与日俱增[1]。

基于FPGA的异步串口通信技术

基于FPGA的异步串口通信技术一、异步串口通信技术综述：接口通信技术是通信的主要研究领域之一，从数字通信的角度来看，当前主流接口通信技术分为串行通信和并行通信两种。

卫星通信和常见的USB接口通信一般都是采用串口通信技术。

微机系统与其外部I/O设备的接口，如RS232、RS422、RS485等，都是采用串口通信协议。

所谓串行通信，是指两个设备之间，以一个字节（8bit）为一个单位逐位按顺序传送信息，这样可大幅度节省总线资源。

由于使用的是按位传送，即每次只传送一个数据状态，因此使用串行接口的两个设备之间最少可以只使用一根数据线（如果是半双功或是双功情况下，应至少有两根数据线）。

这种接口通信技术的优点是成本较低，但传送距离较远。

与此相对的是并行通信技术，所谓并行通信是指两个设备之间有至少8根数据线（单工情况），在同一时间内8根数据线同时传送数据，这样一次就完成了1个字节的传送。

显而易见，并行通信技术速率更快，但成本也更高。

异步则是指对于设备一和设备二，即发送端和接收端而言，可以使用两个独立的时钟源来分别控制数据信号的发送和接受，系统中不存在全域时钟信号。

为了便于设备发送和接受收据，我们规定在数据线上处于高电平状态“1”时，数据线闲置，此时数据线的发送端并没有数据发出。

当设备1准备发出数据时，首先向数据线上发出一个低电平状态信号“0”，当设备2检测到数据线上的低电平信号时，就开始接受来自设备1的数据信号。

可以看出，逻辑低电平是数据传送的开始，它是数据的起始位。

当数据从低到高依次逐位传送完成后（数据的位数至多就是8位，也可以低于8位），此时发送奇偶校验位用于数据的有限差错检测，奇偶校验位是冗余位，一般情况下，没有校验位也是可以的。

接着奇偶校验位之后是停止位，一般是1--2位的逻辑高电平信号“1”，停止位表示数据传输结束。

异步串口通信数据格式二、RS232接口简述：RS232是常见的采用串行接口协议的接口之一，其通信协议与串口通信标准是一致的。

基于FPGA的SSI通信模块设计

基于FPGA的SSI通信模块设计引言：SSI（Synchronous Serial Interface）是一种高速串行同步通信接口，广泛应用于数据传输、通信和控制系统中。

本文将介绍基于FPGA的SSI通信模块的设计原理、功能设计和硬件实现流程。

一、设计原理SSI通信模块使用基于FPGA的串行通信协议，通过使用FPGA的并行输入输出引脚，将输入并行数据转换成串行数据流，并通过通信线路将数据发送到接收端。

接收端将串行数据流反转回并行数据，并输出到引脚上。

通过这种方式，可以实现高速、可靠的数据通信。

二、功能设计1.并行串行转换：设计一个并行串行转换器，将输入的并行数据转换成串行数据，并通过SSI接口发送。

2.串行并行转换：设计一个串行并行转换器，将接收到的串行数据流转换成并行数据，并输出到引脚上。

3.帧同步：设计一个帧同步模块，通过检测特定的帧同步信号，将数据从串行流中分割成帧，方便后续处理。

4.数据校验：设计一个数据校验模块，对传输的数据进行校验，确保数据的正确性和完整性。

5.时序控制：设计一个时序控制模块，控制数据的传输速率和时序，保证数据的稳定性和可靠性。

三、硬件实现流程1.确定通信协议：根据应用场景和需要传输的数据类型，选择合适的通信协议，并了解其通信格式和时序。

2.FPGA引脚规划：根据通信协议和需要传输的数据位宽，分配FPGA 的引脚，并进行引脚规划。

3.搭建电路结构：根据引脚规划，搭建电路结构，包括并行串行转换器、串行并行转换器、帧同步模块、数据校验模块和时序控制模块。

4.时序优化：根据设计的电路结构，进行时序优化，确保数据的稳定性和可靠性。

5.静态时序分析：对设计的电路进行静态时序分析，以检测和解决时序冲突。

6.功能验证：通过实际测试，验证设计的功能和性能是否满足要求，并对设计进行调优和优化。

总结：本文介绍了基于FPGA的SSI通信模块的设计原理、功能设计和硬件实现流程。

通过使用FPGA的并行输入输出引脚，将输入并行数据转换成串行数据流，并通过通信线路传输数据。

基于FPGA的串口通信控制器设计

引用格式：贾亮，冀源．基于ＦＰＧＡ的串口通信控制器设计［Ｊ］．微型机与应用，２０１６，３５（２２）：３３・３５，３９．
ＤｅｓｉｇｎｏｆｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ
于低速率异步通信。
关键词：ＵＡＲＴ串口通信；ＦＰＧＡ；ＶＨＤＬ；ＲＳ２３２
中图分类号：ＴＮ９１４．３文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－７７２０．２０１６．２２．００９
ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＭｏｄｅｌｓｉｍｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｗａｓｂｕｒｎｔａｎｄｗｒｉｔｔｅｎｏｎｃｈｉｐ．Ａｆｔｅｒｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｖｅｒｉｆｉｎｇｂｙｓｅｒｉａｌｐｏｒｔａｓｓｉｓｔａｎｔ，ｔｈｅｅｘ —
ＨａｒｄｗａｒｅａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
基于ＦＰＧＡ的串口通信控制器设计
贾亮，冀源
（１．沈阳航空航天大学辽宁省通用航空重点实验室，辽宁沈阳１１０１３６；

基于FPGA的三线制同步串行通信控制器设计

基于FPGA的三线制同步串行通信控制器设计
摘要：为了简化应用系统中的三线制同步串行通信扩展接口，减小系统体积，降低系统功耗，通过研究三线制同步串行通信的原理，利用FPGA，结合硬件描述语言VHDL，设计了三线制同步串行通信控制器功能框架结构，介绍了各组成模块的功能及工作过程，并对该控制器IP 核的接口信号进行了详细描述与定义，最后在Xilinx ISE 和ModelSim SE 平台下对该控制器IP 核进行了综合和功能仿真。

同步串行通信在航天工程领域中有着广泛的应用，其中，三线制同步串行通信以其连线少、操作方便、通信速度快等特点，被成功应用在与外围串行设备的数据通信中。

目前大多数微控制器或微处理器都配置有同步串行通信接口，但含有三线制同步串行通信接口的微控制器或微处理器却不多，因此在需要应用三线制进行通信的场合，就需要对系统进行三线制同步串行通信接口的扩展，利用
FPGA[2]可以实现三线制同步串行通信。

由于FPGA 具有工作速度高、可配置性强、灵活性好等突出优点，可以满足高速同步串行通信。

根据三线制同步串行通信机制，通过采用Xilinx 公司的FPGA 器件[3]设计并实现了三线制同步串行通信控制器的IP 软核。

该控制器具有高速、易调试、配置灵活等优点，有效利用了FPGA 内部硬件资源，减小了系统体积，缩短了系统开发周期。

1 三线制同步串行通信机制介绍
在计算机领域内，有串行传送和并行传送两种数据传送方式。

并行数据传送中，数据在多条并行1 bit 宽的传输线上同时由源端传送到目的端，这种传送方式也称为比特并行或字节串行。

串行数据传送中，数据在单条1 bit 宽的传输线上，逐位按顺序分时传送。

基于FPGA的串口通信

一.设计要求：1。

掌握FPGA的设计与使用.2。

基于FPGA实现与PC机的串口通信。

二.设计步骤：1。

用VHDL语言设计逻辑电路，再通过QUARTUS II 9.1软件，将各个模块的电路封装成器件，在顶层设计中通过连线，完成整个系统的设计.串行通信即串行数据传输,实现FPGA与PC的串行通信在实际中，特别是在FPGA的调试中有着很重要的应用.调试过程一般是先进行软件编程仿真，然后将程序下载到芯片中验证设计的正确性,目前还没有更好的工具可以在下载后实时地对FPGA的工作情况和数据进行分析。

通过串行通信，可以向FPGA发控制命令让其执行相应的操作，同时把需要的数据通过串口发到PC上进行相应的数据处理和分析，以此来判断FPGA是否按设计要求工作。

这样给FPGA的调试带来了很大方便，在不需要DSP等其他额外的硬件条件下，只通过串口就可以完成对FPGA的调试。

本文采用QuartusⅡ3.0开发平台,使用Altera公司的FPGA，设计实现了与PC的串行通信。

总体设计主要设计思想:PC向串口发送命令，FPGA通过判断接收的控制字执行相应的操作,总体框图如图1所示.图1 总体框图设计包括三部分:1、通过向I/O端口发送高低电平以达到控制外部硬件的要求.2、完成芯片内部逻辑的变化。

3、将需要的数据先存起来（一般采用内部或外部FIFO），然后通过串口将数据发送到PC，PC将接收的数据进行处理和分析。

串口采用标准的RS-232协议，主要参数的选择:波特率28800bit/s、8位有效位、无奇偶校验位、1位停止位。

控制模块主要实现的功能是：判断从PC接收的数据，根据预先设计的逻辑进行相应的状态转换.例如：给端口预置一个状态；送开始发送的标志位，送准备发送的数据；给DDS送配置信号,控制FIFO的读写。

程序中状态机设计如图3所示。

图3 状态机变换设计中需要注意的问题波特率的选择对于串口通信是很重要的,波特率不应太大，这样数据才会更稳定。