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基于Verilog简易UART的FPGA/CPLD实现
摘要:测试平台:MACHXO640可编程语言:Verilog随机测试:是波特率:9600误码率:<1%oooooo目标:在xo640上实现一个简单的Uart,能够解析串口数据,并在寄存器中存储,用FIFO实现数据的传递。那么后期可以通过开发
关键词: FPGA Verilog CPLD UART MACHXO640
Abstract:
Key words :

测试平台:MACHXO640
可编程语言:Verilog
随机测试:是
波特率:9600
误码率:<1%oooooo

目标:在xo640上实现一个简单的Uart,能够解析串口数据,并在寄存器中存储,用FIFO实现数据的传递。那么后期可以通过开发板上的串口经CPLD访问各种数据。比如PC=CPLD=EEPROM等等,极大方便后期的开发和调试。

因为不是实现一个完整的UART,而是其核心功能Tx、Rx,并且是被动的。参照网上实例,一个叫特权的blog。网上已经很多源代码,可以借鉴与学习。

下面介绍一下重点:
1、Speed波特率及采样设置
这里的原理是:根据实际的波特率和板卡所使用的晶振频率,在容许的误差范围内(串口有一定的容错率)进行分频。这里强调一点,做法可以分为以下两类:分频与不分频。分频,就是采用baudrate_clock的整数倍频率采样;不分频就是直接global_clock/baudrate_clock,取整,以中间采样点作为串口电平判决点(可以3点采样)。前者的误差范围可能更小,但是软件分频受外界影响大。这里直接采用主时钟来采样,探究UART的FPGA/CPLD实现。

通过示波器得出以下结论:

1、串口发送起始位为“0”;

2、串口发送接收位为“1”;

3、数据从高→低位发送;

本机测试,结束位是1位。1位速度稍快,2位更可靠。实际传输是以字节为单位的,若是8bit数据,那么实际就是1+8+1=10位数据。

2、Tx发送设计
下面是接收滤波,同时可以判断起始位下降沿:


assign neg_rs232_rx = rs232_rx2 & ~rs232_rx1; //接收到下降沿后neg_rs232_rx置高一个时钟周期

FIFO数据寄存是接收的主要功能:接收到的直接存高位,移位向低位移动。

begin //接收数据处理

if(clk_bps) begin//读取并保存数据,接收数据为一个起始位,8bit数据,一个结束位

rx_data_shift <= 1'b1;

num <= num+1'b1;

if(num<=4'd8) rx_temp_data[7] <= rs232_rx;//锁存9bit(1bit起始位,8bit数据)

end

else if(rx_data_shift) begin //数据移位处理

rx_data_shift <= 1'b0;

if(num<=4'd8) rx_temp_data <= rx_temp_data >> 1'b1;

//移位8次,第1bit起始位移除,剩下8bit正好时接收数据

else if(num==4'd10) begin

num <= 4'd0; //接收到STOP位后结束,num清零

rx_data_r <= rx_temp_data; //把数据锁存到数据寄存器rx_data中

end


end

end


3、Rx接收设计
发送主要考虑到的是接收数据的提取和发送,特别注意的是起始位和结束位的正确赋值。以下是核心代码:

if(clk_bps) begin

num <= num+1'b1;

case (num)

4'd0: rs232_tx_r <= 1'b0; //发送起始位

4'd1: rs232_tx_r <= tx_data[0]; //发送bit0

4'd2: rs232_tx_r <= tx_data[1]; //发送bit1

4'd3: rs232_tx_r <= tx_data[2]; //发送bit2

4'd4: rs232_tx_r <= tx_data[3]; //发送bit3

4'd5: rs232_tx_r <= tx_data[4]; //发送bit4

4'd6: rs232_tx_r <= tx_data[5]; //发送bit5

4'd7: rs232_tx_r <= tx_data[6]; //发送bit6

4'd8: rs232_tx_r <= tx_data[7]; //发送bit7

4'd9: rs232_tx_r <= 1'b1; //发送结束位

default: rs232_tx_r <= 1'b1;

endcase


注:重要的几个问题需要说明一下
1、可以结合自己的时钟频率修改clk,而bps_para=clk/baud。
2、另外通过示波器可以发现,结束电平为1bit,那么num=12必须都改为10,这样可以解决不能发送字符串的问题!
3、发送结束位必须是1,就是高电平,1bit。

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