fpga串口通信程序

### FPGA与单片机实现RS232串口通信的关键知识点 #### 1. RS232协议简介 - **定义**：RS232是一种用于串行二进制数据交换的数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准。 - **特性**：通常用于短距离（约15米）内的通信；最大通信速率为20kbps；采用负逻辑电平。 #### 2. FPGA与单片机串口通信概述 - **目的**：解决由FPGA构成的高速数据采集系统数据处理能力弱的问题。 - **实现方法**：通过FPGA与单片机之间的串行通信，将FPGA采集的数据传送给单片机或其他CPU系统进行处理。 - **优点**：提高了系统的整体性能和灵活性；增强了数据处理能力；具有较强的通用性。 #### 3. FPGA数据发送模块设计 - **模块化设计**：整个设计分为四个主要模块——FPGA数据发送模块、FPGA波特率发生控制模块、FPGA总体接口模块以及单片机数据接收模块。 - **FPGA数据发送模块详解** - **帧格式**：每帧包含1位开始位、8位数据位、1位奇校验位和1位停止位。 - **波特率**：本设计采用2400bps。 - **数据封装**：将16位数据分成高位帧和低位帧两部分发送。 - **文件头和数据长度**：文件头用“555555”表示，单片机接收到该文件头后才会继续接收数据长度和实际数据。 - **奇校验**：确保数据传输的准确性。 #### 4. VHDL源程序分析 - **库引用**：程序中引用了IEEE库的标准逻辑位运算和其他必需的库。 - **实体定义**：定义了一个名为`atel2_bin`的实体，包括输入端口`txclk`、`reset`、`din`、`start`和输出端口`sout`。 - **架构体实现**：通过状态机控制发送过程。 - **状态定义**：定义了8种状态，包括`start1`、`start2`、`shift1`、`shift2`、`odd1`、`odd2`、`stop1`和`stop2`。 - **状态转换逻辑**：根据不同的条件（如`start`信号、计数器值等），实现状态之间的转换。 - **数据处理**：根据当前状态处理数据（如发送文件头、发送数据长度、发送实际数据等）。 #### 5. 波特率发生控制模块 - **作用**：产生精确的波特率时钟信号。 - **实现原理**：基于分频技术，通过调整分频系数来获得所需的波特率。 - **分频系数计算**：`X = CLK / (BOUND * 2)`，其中`CLK`是系统时钟频率，`BOUND`是目标波特率。 - **示例**：假设系统时钟为50MHz，目标波特率为2400bps，则分频系数为`X = 50MHz / (2400 * 2) ≈ 10417`。 #### 6. FPGA总体接口模块 - **功能**：负责整体的数据流管理和控制。 - **设计要点**：实现与其他模块（如数据发送模块、波特率发生控制模块等）的接口连接。 #### 7. 单片机数据接收模块 - **设计目的**：实现从FPGA接收数据的功能。 - **关键要素**：与FPGA的同步、数据解析、错误检测等。 #### 8. 总结 - 本设计通过FPGA与单片机之间的RS232串口通信，有效地解决了FPGA在高速数据采集系统中数据处理能力不足的问题。 - 通过模块化的硬件设计和VHDL编程实现了可靠的数据传输。 - 该方案不仅具有较高的实用性，而且具备良好的扩展性和通用性，适用于多种应用场景。