UART控制器設(shè)計(jì)

1、.西安電子科技大學(xué)可編程邏輯器件原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn) 課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱UART控制器設(shè)計(jì)及驗(yàn)證成 績(jī) 研究生院 學(xué)院 代培生 班姓名 學(xué)號(hào) 同作者 實(shí)驗(yàn)日期 2017 年 4 月 23 日指導(dǎo)教師評(píng)語： 指導(dǎo)教師： 年 月 日實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容基本要求及參考格式一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)所用儀器（或?qū)嶒?yàn)環(huán)境）三、實(shí)驗(yàn)基本原理及步驟（或方案設(shè)計(jì)及理論計(jì)算）四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（或仿真及軟件設(shè)計(jì)）五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及回答問題（或測(cè)試環(huán)境及測(cè)試結(jié)果）.目錄一 任務(wù)簡(jiǎn)介11.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.2 開發(fā)工具平臺(tái)1二 模塊設(shè)計(jì)22.1輸入模塊設(shè)計(jì)22.1.1機(jī)械按鍵消抖22.1.2矩陣鍵盤掃描32.1.3參量輸入及顯示輸入

2、52.2 顯示模塊62.3三態(tài)門控制模塊82.4 UART通信協(xié)議幀格式及波特率設(shè)置92.5 UART通信模塊10 2.5.1串口數(shù)據(jù)發(fā)送模塊11 2.5.2串口數(shù)據(jù)接收模塊12三 系統(tǒng)介紹133.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹133.2系統(tǒng)子模塊介紹153.3 開發(fā)板實(shí)驗(yàn)結(jié)果17四 總結(jié)20.一 任務(wù)簡(jiǎn)介1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?本次任務(wù)的目標(biāo)為設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的串口通信控制器，具體技術(shù)要求如下： (1) 實(shí)現(xiàn)與PC的雙向通信； (2) 可以通過輸入模塊在開發(fā)板上定義向PC發(fā)送的數(shù)據(jù)； (3) 數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度可調(diào)(6/7/8位)；(4) 通信波特率可調(diào)；(5) 在數(shù)碼管上實(shí)現(xiàn)波特率、輸入數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的顯示。(6)

3、 按鍵A用于接收模式和輸入模式的選擇，按鍵B用于選擇輸入模式為波特率設(shè)置 還是發(fā)送數(shù)據(jù)設(shè)置，按鍵C為發(fā)送確認(rèn)鍵，按鍵D用于選擇數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度，矩陣鍵盤 (09)用于輸入波特率因子和發(fā)送數(shù)據(jù)(十六進(jìn)制顯示)；各種模式均有數(shù)碼管顯示相 應(yīng)內(nèi)容，其中數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度由四個(gè)LED燈表示。 (7) 操作流程： 1. 通信參數(shù)設(shè)置：在開發(fā)板上選擇數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、設(shè)置波特率、輸入發(fā)送數(shù)據(jù)幀； 在PC端的串口通信助手中設(shè)置波特率和數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度； 2. 數(shù)據(jù)發(fā)送：按下C鍵向PC發(fā)送數(shù)據(jù)，在PC端確認(rèn)接收的數(shù)據(jù)； 3. 數(shù)據(jù)接收：由PC端向開發(fā)板發(fā)送數(shù)據(jù)，在開發(fā)板上選擇數(shù)據(jù)接收模式即可顯示； 4. 默認(rèn)設(shè)置：UART控制器默認(rèn)波

4、特率為9600，默認(rèn)發(fā)送數(shù)據(jù)為8h18；(8) 以上內(nèi)容均需在開發(fā)板上驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)截圖在本文第三部分給出。1.2 開發(fā)工具平臺(tái)(1) 基于CycloneII EP2C5Q208C8核心的MAGIC3200_EP2C5開發(fā)板，具有四位掃描式數(shù)碼管，RS232串口等外設(shè)，時(shí)鐘CLK為50MHz；(2) 開發(fā)軟件為Quartus II 13sp；(3) 串口通信助手；(4) 基于LP2303的USB-UART轉(zhuǎn)接線，用于與筆記本電腦進(jìn)行串口通信。 MAGIC3200_EP2C5開發(fā)板 USB-UART轉(zhuǎn)接線 RS232串口 串口通信助手圖1.1 開發(fā)平臺(tái)設(shè)備二 模塊設(shè)計(jì)2.1 輸入模塊設(shè)計(jì)輸入模塊采用

5、了矩陣鍵盤和獨(dú)立按鍵，獨(dú)立按鍵用于模式選擇和發(fā)送確認(rèn)，矩陣鍵盤用于數(shù)據(jù)的輸入。關(guān)于消抖部分，對(duì)于矩陣鍵盤來說只要設(shè)置合適的掃描頻率就可以實(shí)現(xiàn)消抖的功能，而對(duì)于獨(dú)立按鍵來說就必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的消抖模塊。2.2.1 機(jī)械按鍵消抖模塊簡(jiǎn)介 機(jī)械按鍵按下時(shí)的機(jī)械抖動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很多個(gè)下降沿，而在邏輯上希望機(jī)械按鍵按下一次只產(chǎn)生一個(gè)下降沿，因此要進(jìn)行按鍵消抖。按鍵防抖動(dòng)其實(shí)是通過延時(shí)判斷來做的，因?yàn)檫@種毛刺持續(xù)時(shí)間都在ms級(jí)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵狀態(tài)有變化時(shí)，經(jīng)過一定延時(shí)后再次進(jìn)行確認(rèn)。消抖模塊如圖2.1所示，din為機(jī)械按鍵輸入，dout為消抖后的輸出。圖2.1 消抖模塊圖關(guān)鍵程序 圖2.2為鍵盤消抖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，按鍵

6、信號(hào)din按下時(shí)為低電平，平時(shí)為高電平。 (1) 狀態(tài)S0：輸入din信號(hào)產(chǎn)生跳變后，進(jìn)入狀態(tài)S0。如果din為0，進(jìn)入S1狀態(tài)。否則循環(huán)檢測(cè)。(2) 狀態(tài)S1：如果再次檢測(cè)到輸入信號(hào)為邏輯0信號(hào)，則表明有按鍵按下，dout為0。狀態(tài)機(jī)結(jié)束。狀態(tài)機(jī)激勵(lì)時(shí)鐘周期為0.1s，以此實(shí)現(xiàn)延時(shí)，即按鍵按下后0.1s檢測(cè)按鍵信號(hào)，若按鍵信號(hào)為低電平，則輸出低電平完成消抖。圖2.2 消抖狀態(tài)機(jī)消抖程序如下：always (posedge keyclk) /狀態(tài)機(jī)激勵(lì)beginif(RESET=0) pre_s=s0;else pre_s=next_s; endalways (pre_s,next_s,din

7、) /檢查按鍵begin case(pre_s) s0: begin dout=1; if(din=0) next_s=s1; else next_s=s0; end s1: begin dout=1; if(din=0) dout=0; else next_s=s0; end default: next_s=s0; endcaseend2.2.2 矩陣鍵盤掃描簡(jiǎn)介及原理圖 鍵盤掃描最大的優(yōu)點(diǎn)就是能節(jié)約I/O口。如果使用普通的方法，那么16個(gè)按鍵就需要16個(gè)I/O口，但通過掃描的方式來完成，卻只需要8個(gè)，按鍵越多它所顯現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)也就越明顯。矩陣鍵盤原理電路如圖2.3。鍵盤掃描將使用行掃描法實(shí)現(xiàn)，

8、即逐行掃描查詢法。具體操作為：行線的初始狀態(tài)輸出都為0，只要有高電平出現(xiàn)，表明有按鍵被按下。在確認(rèn)有按鍵被按下的情況下，需要確定具體哪個(gè)按鍵被按下。以一定的掃描頻率依次將行線(key_out)電平拉高，并檢測(cè)列線的輸入(key_in)，確定具體哪個(gè)按鍵被按下。 圖2.3 矩陣鍵盤原理電路 圖2.4 鍵盤掃描模塊圖圖2.5 鍵盤掃描模塊原理圖鍵盤掃描模塊如如圖2.4所示，輸入為reset信號(hào)，clk信號(hào)(50MHz時(shí)鐘)，模式切換開關(guān)swith，列掃描信號(hào)key_in；輸出為行掃描信號(hào)key_out，波特率因子bote，鍵盤輸入值輸出Data0Data4，Data1、Data2、Data3、Da

9、ta4為輸入模塊向顯示模塊的輸出，它們分別對(duì)應(yīng)四位數(shù)碼管千位、百位、十位、個(gè)位顯示的內(nèi)容。send_data為發(fā)送數(shù)據(jù)幀寄存器，圖中給出的是8位模式下的鍵盤掃描模塊，所以send_data位寬為8位，在7位和6位模式下掃描模塊send_data的位寬分別為7位和6位，其余部分與8位模式下的鍵盤掃描模塊基本一致。speaker為蜂鳴器信號(hào)，因?yàn)殚_發(fā)板設(shè)計(jì)上的一些問題，若不定義開發(fā)板的蜂鳴器管腳，蜂鳴器有時(shí)會(huì)響。關(guān)鍵程序其中掃描頻率由鍵盤掃描模塊內(nèi)置的分頻模塊實(shí)現(xiàn)：always (posedge clk or negedge reset)beginif(reset=0) time10ms=0; /

10、最初設(shè)計(jì)掃描時(shí)鐘周期為10ms，后來有改動(dòng)else if(timecnt=1200000) /掃描頻率為20Hz(20ms)begin time10ms=time10ms; timecnt=0; endelse timecnt=timecnt+1;end行輪掃的主要程序如下：key_out=scanvalue; /輸出行掃描值cpy_scanvalue=scanvalue; /備份掃描值，用于進(jìn)行列掃描case(scanvalue) /行輪掃4b0001:scanvalue=4b0010;4b0010:scanvalue=4b0100;4b0100:scanvalue=4b1000;4b100

11、0:scanvalue=4b0001;default: scanvalue=4b0001;endcase將鍵盤掃描與數(shù)據(jù)輸入關(guān)聯(lián)的程序如下： case(key_in,cpy_scanvalue) 8b00010001:begin Data0=1;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“1” 8b00100001:begin Data0=2;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“2” 8b01000001:begin Data0=3;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“3” 8b10000001:begin Data0=4;counte

12、r=counter+1; end/未使用 8b00010010:begin Data0=4;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“4” 8b00100010:begin Data0=5;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“5” 8b01000010:begin Data0=6;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“6” 8b10000010:begin Data0=4;counter=counter+1; end /未使用 8b00010100:begin Data0=7;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“7

13、” 8b00100100:begin Data0=8;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“8” 8b01000100:begin Data0=9;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“9” 8b10000100:begin Data0=4;counter=counter+1; end /未使用 8b00011000:begin Data0=0;counter=counter+1; end /對(duì)應(yīng)鍵盤“0” 8b00101000:begin Data0=2;counter=counter+1; end /未使用 8b01001000:begin Data

14、0=3;counter=counter+1; end /未使用 8b10001000:begin Data0=4;counter=counter+1; end /未使用 default:; /無鍵盤按下 endcase如以上程序所示，每當(dāng)按下鍵盤對(duì)應(yīng)按鍵后，將有對(duì)應(yīng)數(shù)值寫入寄存器Data0中，寄存器counter為當(dāng)前輸入對(duì)應(yīng)的位數(shù)。2.2.3 參量輸入及顯示輸入鍵盤輸入數(shù)值的存儲(chǔ)程序如下：switch1=0(控制信號(hào)下文將詳細(xì)介紹)時(shí)進(jìn)入波特率設(shè)置模式，輸入的數(shù)值為波特率因子bote，bote為一個(gè)四位數(shù)，此模式下可以通過矩陣鍵盤從千位到個(gè)位依次寫數(shù)，將每次輸入的值依次寫入四位寄存器Data

15、1、Data2、Data3、Data4中，最終組成一個(gè)完整的十進(jìn)制四位數(shù)，其中counter為位數(shù)標(biāo)志位。Data1、Data2、Data3、Data4為輸入模塊向顯示模塊的輸出，它們分別對(duì)應(yīng)四位數(shù)碼管千位、百位、十位、個(gè)位顯示的內(nèi)容。 if(switch1=0) begin bote=Data1*1000+Data2*100+Data3*10+Data4; case(counter) 4b0001:Data1=Data0; 4b0010:Data2=Data0; 4b0011:Data3=Data0; 4b0100:Data4=Data0; default:begin Data1=5;Dat

16、a2=2;Data3=0;Data4=8; end endcase if(counter=5) counter=0; endswitch=1時(shí)進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)設(shè)置模式，最終把鍵盤輸入值寫入send_data，發(fā)送寄存器send_data為一個(gè)68位(可設(shè)置)的二進(jìn)制數(shù)，用于存儲(chǔ)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。因?yàn)樗膫€(gè)Data寄存器位寬為4位，所以send_data的內(nèi)容只需要由兩個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)構(gòu)成。令Data1、Data2為10，意思為關(guān)閉千位、百位的數(shù)碼管，這在顯示模塊部分將會(huì)詳細(xì)介紹。 else begin send_data=Data3,Data4; Data1=10; Data2=10; case(co

17、unter) 4b0001:Data3=Data0; 4b0010:Data4=Data0; default:begin Data3=8;Data42) counter=0; end 仿真結(jié)果：圖2.6 鍵盤掃描模塊仿真為了方便觀察結(jié)果，仿真中加快了時(shí)鐘和一些分頻的頻率。從仿真圖像可以看出，行線掃描信號(hào)key_out以一定頻率掃描，當(dāng)列掃描信號(hào)key_in有所輸入時(shí)，輸入寄存器Data0、Data1、Data2、Data3、Data4都有相應(yīng)的變化。而且當(dāng)切換開關(guān)switch按下時(shí)，輸出信號(hào)bote和send_data都發(fā)生了相應(yīng)變化，這說明波特率設(shè)置模式和發(fā)送數(shù)據(jù)寫入模式的切換功能正常運(yùn)行。

18、仿真表明輸入模塊在功能上是可行的。2.2 顯示模塊模塊簡(jiǎn)介及原理圖顯示模塊用于驅(qū)動(dòng)開發(fā)板上的四位數(shù)碼管顯示串口數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)碼管有八個(gè)控制位和一個(gè)片選位，還有一個(gè)用于顯示：控制位。由于開發(fā)板只給出了13個(gè)引腳用于控制四個(gè)數(shù)碼管，因此必須采用數(shù)碼管掃描的形式來進(jìn)行顯示。因?yàn)槿搜塾幸曈X暫留的特性.一般說來，當(dāng)1秒鐘刷新24次以上，人眼就無法區(qū)分而認(rèn)為四個(gè)數(shù)碼管是一起亮的。掃描具有節(jié)約引腳的優(yōu)點(diǎn)，如果并行驅(qū)動(dòng)四位數(shù)碼管，那么至少需要33個(gè)引腳，而掃描法只需要13個(gè)引腳就可以實(shí)現(xiàn)。使用的是共陽(yáng)數(shù)碼管，引腳電平為低時(shí)點(diǎn)亮。 圖2.7 顯示模塊顯示模塊如圖2.6所示，輸入為reset信號(hào)，50Mhz時(shí)鐘信號(hào)

19、clk，前文提到的Data1、Data2、Data3、Data4顯示內(nèi)容輸入，分別對(duì)應(yīng)四位數(shù)碼管千位、百位、十位、個(gè)位的顯示內(nèi)容。輸出信號(hào)中的LED_ALED_G、LED_Point、LED_PointTime均為顯示控制信號(hào)；LED_VCC1LED_VCC4為L(zhǎng)ED片選信號(hào)，高電平有效，LED_EN1為使能信號(hào)。關(guān)鍵程序以下為數(shù)碼管掃描的關(guān)鍵程序：always (posedge clk)beginif(reset=b0) count=0;else if(count=6000) /設(shè)置數(shù)碼管掃描頻率begincount3) scancnt=0;else scancnt=scancnt+1;en

20、delse count=count+1;end以上程序主要作用是，使變量scancnt掃描頻率在03內(nèi)累加循環(huán)，scancnt有0123共四個(gè)狀態(tài)，通過scancnt控制數(shù)碼管片選信號(hào)，分別在四個(gè)數(shù)碼管上顯示內(nèi)容。譯碼部分見附錄。仿真結(jié)果圖2.8 顯示模塊仿真結(jié)果 可以看出隨著Data1和Data1的變化，LED控制信號(hào)和LED片選信號(hào)同時(shí)變化，說明顯示模塊功能正常。2.3 三態(tài)門控制模塊模塊簡(jiǎn)介及原理圖在本任務(wù)頂層的設(shè)計(jì)中有些部分需要使用多輸入三態(tài)門來控制數(shù)據(jù)的傳輸，本部分將以任務(wù)中的一個(gè)多輸入三態(tài)門來介紹該模塊。模塊的原理圖和模塊圖如圖2.9所示 圖2.9 三態(tài)門模塊如圖所示，data1d

21、ata4為輸入數(shù)據(jù)，D1D4為輸出，若en=1則D1D4輸出data1data4的數(shù)據(jù)，若en=0則D1D4輸出高阻。關(guān)鍵程序 if(en=1) begin D1=data1;D2=data2;D3=data3;D4=data4; endelse begin D1=4bzzzz; D2=4bzzzz;D3=4bzzzz;D42) counter=0; / counter大于2時(shí)清零else counter= counter+1;endalways(posedge DD)beginif(counter=0) begin c=3b001; led=4b0111; end / 8位模式else if

22、(counter=1) begin c=3b010; led=4b1000; end / 7位模式else if(counter=2) begin c=3b100; led=4b1001; end / 6位模式else begin c=3b001; led=4b0000; end / 默認(rèn)8位模式End仿真結(jié)果圖2.13 控制模塊仿真 輸出隨輸入規(guī)律變化，可以看出模塊功能正常。波特率設(shè)置：波特率發(fā)生器為傳輸提供了串行移位時(shí)鐘。波特率表示數(shù)據(jù)的傳送速率，即每秒傳輸二進(jìn)制的位數(shù)。波特率控制模塊實(shí)際上是一個(gè)分頻器，產(chǎn)生相應(yīng)的符合RS232的波特率同步時(shí)鐘。 因?yàn)殚_發(fā)板自帶時(shí)鐘為50MHz，因此：波特

23、率=50M/bote；可見其中波特率是由波特率因子bote決定，若bote=5208，則波特率為9600。關(guān)鍵程序always (posedge CLK or negedge RESET) beginif(ClockCount=bote) begin Clock9600=1; ClockCount=0; endelsebegin Clock9600=0; ClockCount=ClockCount+1; end end波特率發(fā)生器本質(zhì)為一個(gè)分頻器，bote為之前鍵盤輸入模塊送來的設(shè)定值。仿真結(jié)果該模塊的仿真驗(yàn)證將于下文中UART通信模塊的仿真中一并驗(yàn)證。2.5 UART通信模塊模塊介紹及原理圖

24、基本的UART僅有RXD和TXD兩條信號(hào)線，接收和發(fā)送之間相互不存在干擾，即全雙工。由于UART是異步通信，要求RXD接口和TXD發(fā)送端制定相應(yīng)的規(guī)則，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，以使接收、發(fā)送之間協(xié)調(diào)一致。UART的工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每一個(gè)字符一位接一位地傳輸，以字符為單位從低位到高位逐位傳輸，一個(gè)字符表示一幀信息。如圖2.14所示，串口數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和串口數(shù)據(jù)接收模塊以及相關(guān)分頻模塊都集成于同一個(gè)UART模塊中。 輸入：CLK：50MHz時(shí)鐘；RESET：復(fù)位信號(hào)；UART0_RX：接收數(shù)據(jù)引腳；KEYA：對(duì)應(yīng)機(jī)械按鍵C，為發(fā)送確認(rèn)鍵；bote14.0：由輸入模塊送來的波特率因子，用于設(shè)置波特率；S

25、END_DATA7.0：數(shù)據(jù)幀，在6位模式中位寬為6，在7位模式中位寬為7。輸出：UART0_TX：發(fā)送數(shù)據(jù)引腳；Data010.3Data040.3：用于向顯示模塊傳遞接收的數(shù)據(jù)。圖2.14 UART模塊2.5.1 串口數(shù)據(jù)發(fā)送模塊 關(guān)鍵程序Clock9600為前文介紹的波特率發(fā)生器產(chǎn)生的波特率時(shí)鐘；always (posedge Clock9600 or posedge Send_en)begin if(Send_en=1) begin send_count=0; UART0_TX=1; send_over=1; end /串口清零 else if(Send_count=9) begin

26、UART0_TX=Send_data9; send_over=0; end/發(fā)送完成 else begin UART0_TX=Send_dataSend_count; /逐位由發(fā)送寄存器向串口寫數(shù)據(jù) Send_count=Send_count+1; endalways (posedge dout or negedge RESET) /發(fā)送數(shù)據(jù)beginif(RESET=0) begin send_en=1;Send_data=10b1000000000; endelse begin Send_en=0; Send_data=last,SEND_DATA,start; /寫入起始位和終止位if(

27、Send_over=0) Send_en=1;endend 2.5.2 串口數(shù)據(jù)接收模塊 首先介紹采樣時(shí)鐘Clock3，它是波特率的16倍，即串口上一個(gè)數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度會(huì)有16個(gè)Clock3周期，如果在每個(gè)數(shù)據(jù)位的第8個(gè)Clock3周期上采樣，即在每個(gè)數(shù)據(jù)位的中間進(jìn)行取樣，這樣可以使采樣值更加準(zhǔn)確可靠。此原理如圖2.15所示。圖2.15 采樣原理關(guān)鍵程序接收采樣時(shí)鐘分頻模塊：always (posedge CLK or negedge RESET)beginif(ClockCount_UART0_RX=bote/16) / 采樣頻率為波特率的16倍 begin Clock3=1; ClockCoun

28、t_UART0_RX=0; endelse begin Clock3=0; ClockCount_UART0_RX=ClockCount_UART0_RX+1; endend檢測(cè)到UART0_RX出現(xiàn)下降沿時(shí)，令UART0_RX_Hold=1，啟動(dòng)接收進(jìn)程；case(m)/ 8位數(shù)據(jù)幀采樣24 :begin UART0_RX_Data0=UART0_RX;m=m+1;end40 :begin UART0_RX_Data1=UART0_RX;m=m+1;end56 :begin UART0_RX_Data2=UART0_RX;m=m+1;end72 :begin UART0_RX_Data3=U

29、ART0_RX;m=m+1;end88 :begin UART0_RX_Data4=UART0_RX;m=m+1;end104 :begin UART0_RX_Data5=UART0_RX;m=m+1;end120 :begin UART0_RX_Data6=UART0_RX;m=m+1;end136 :begin UART0_RX_Data7=UART0_RX;m=m+1;end152 :begin UART0_RX_Valid=1;m=m+1;end /標(biāo)志串口數(shù)據(jù)接收完成168 : begin m=0;UART0_RX_Valid=0;enddefault:m=m+1;endcase接收

30、數(shù)據(jù)輸出部分：(8位模式)Data01=UART0_RX_Data3,UART0_RX_Data2,UART0_RX_Data1,UART0_RX_Data0;Data02=UART0_RX_Data7,UART0_RX_Data6,UART0_RX_Data5,UART0_RX_Data4;如果系統(tǒng)處于7位模式，那么Data01=UART0_RX_Data3,UART0_RX_Data2,UART0_RX_Data1,UART0_RX_Data0;Data02=start,UART0_RX_Data6,UART0_RX_Data5,UART0_RX_Data4;如果系統(tǒng)處于6位模式，那么Da

31、ta01=UART0_RX_Data3,UART0_RX_Data2,UART0_RX_Data1,UART0_RX_Data0;Data02=start,start,UART0_RX_Data5,UART0_RX_Data4;其中start=0。仿真結(jié)果圖2.16 UART模塊仿真 從仿真結(jié)果可以看出，波特率時(shí)鐘clock9600、采樣時(shí)鐘clock3均正常，UART0_TX有正確數(shù)據(jù)輸出，Data01和Data02正確反映了UART0_RX送來的數(shù)據(jù)，因此UART通信模塊功能正確。三 系統(tǒng)介紹3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以用以下框圖描述：圖3.1 系統(tǒng)框圖 從圖3.1中可以看出整個(gè)

32、系統(tǒng)的功能即為實(shí)現(xiàn)幀格式、波特率可調(diào)的全雙工串口通信，并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)信息。具體的操作流程如圖3.2所示。圖3.2 操作流程 頂層圖如下：圖3.3 頂層圖圖中部分1為數(shù)據(jù)位寬6位的通信子系統(tǒng)，部分2為數(shù)據(jù)位寬8位的通信子系統(tǒng)，部分3為數(shù)據(jù)位寬8位的通信子系統(tǒng)，部分4為數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度控制模塊，用于選擇哪一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作。端口說明輸入：clk：50MHz時(shí)鐘；reset：復(fù)位信號(hào)；switch：用于控制波特率輸入模式和發(fā)送數(shù)據(jù)輸入模式間的切換；key_in3.0：鍵盤列掃描信號(hào)；UART0_RX：接收數(shù)據(jù)引腳；B：機(jī)械按鍵，發(fā)送確認(rèn)鍵；s1：機(jī)械按鍵，按下后顯示接收的數(shù)據(jù)，再按下退出；DDD：機(jī)械按鍵，切換

33、數(shù)據(jù)位寬。輸出：led3.0：數(shù)據(jù)位寬指示燈；key_out3.0：鍵盤行掃描信號(hào)；speaker：蜂鳴器控制信號(hào)；LED_ALED_G：顯示控制信號(hào)；LED_Point，LED_PointTime：均為顯示控制信號(hào)；LED_VCC1LED_VCC4：LED片選信號(hào)；LED_EN1：使能信號(hào)；UART0_TX：發(fā)送數(shù)據(jù)引腳。3.2 系統(tǒng)子模塊介紹 因?yàn)槿齻€(gè)通信子系統(tǒng)基本相似，所以本文僅介紹數(shù)據(jù)位寬6位的通信子系統(tǒng)。圖3.4 子系統(tǒng)圖3.4的子系統(tǒng)中左邊和右邊的模塊都是多輸入三態(tài)門，其使能信號(hào)由數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度控制模塊控制，從而決定了在任何一時(shí)刻三個(gè)子系統(tǒng)只有一個(gè)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。該圖中間的模塊即為實(shí)

34、現(xiàn)6位串口通信的功能模塊，其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。圖3.5 6位串口通信的功能模塊如圖3.5所示，串口通信模塊主要分為6個(gè)子模塊，各個(gè)子模塊在前文中都有介紹；模塊說明：模塊1：UART通信模塊，用于數(shù)據(jù)的接收和傳送，將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過三態(tài)門(模塊 4) 傳送到顯示模塊；模塊2：輸入模塊，用于輸入波特率、發(fā)送數(shù)據(jù)，將用戶輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過三態(tài)門(模塊 3) 發(fā)送到顯示模塊；模塊3，模塊4：三態(tài)門模塊，用于保證任何時(shí)刻只有一組顯示數(shù)據(jù)輸入顯示模塊進(jìn)行 顯示；模塊5：顯示模塊，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管；模塊6：三態(tài)門控制模塊；用于選擇數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。端口說明輸如：clk：50MHz時(shí)鐘；reset：復(fù)位信號(hào)；sw

35、itch：用于控制波特率輸入模式和發(fā)送數(shù)據(jù)輸入模式間的切換；key_in3.0：鍵盤列掃描信號(hào)；UART0_RX：接收數(shù)據(jù)引腳；B：機(jī)械按鍵，發(fā)送確認(rèn)鍵；s1：機(jī)械按鍵，按下后顯示接收的數(shù)據(jù)，再按下退出；輸出：key_out3.0：鍵盤行掃描信號(hào)；speaker：蜂鳴器控制信號(hào)；LED_ALED_G：顯示控制信號(hào)；LED_Point，LED_PointTime：均為顯示控制信號(hào)；LED_VCC1LED_VCC4：LED片選信號(hào)；LED_EN1：使能信號(hào)；UART0_TX：發(fā)送數(shù)據(jù)引腳。3.3 開發(fā)板實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1) 實(shí)驗(yàn)條件： 數(shù)據(jù)位寬：6位； 波特率 / 波特率因子：38400 / 1304； 發(fā)送數(shù)據(jù)：2h18；接收數(shù)據(jù)：2h32；圖3.6 設(shè)置波特率因子(6位位寬) 圖3.7 設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)(6位位寬) 圖3.8 顯示接收數(shù)據(jù)(6位位寬)圖3.9 PC端串口通信助手(綠字為開發(fā)板送來的數(shù)據(jù)黑字為向開發(fā)板發(fā)送的數(shù)據(jù))(2) 實(shí)驗(yàn)條件：(按下按鍵D切換數(shù)據(jù)位寬