FPGA與單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)串行通信的解決方案

摘要：本文針對由FPGA構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力弱的問題，提出FPGA與單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)串行通信的解決方案。在通信過程中完全遵守RS232協(xié)議，具有較強的通用性和推廣價值。

1 前言

現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA）在高速采集系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣，由于FPGA對采集到的數(shù)據(jù)的處理能力比較差，故需要將其采集到的數(shù)據(jù)送到其他CPU系統(tǒng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理功能，這就使FPGA系統(tǒng)與其他CPU系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信提到日程上，得到人們的急切關(guān)注。本文介紹利用VHDL語言實現(xiàn) FPGA與單片機的串口異步通信電路。

整個設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想，可分為四個模塊：FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，F(xiàn)PGA波特率發(fā)生控制模塊，F(xiàn)PGA總體接口模塊以及單片機數(shù)據(jù)接收模塊。本文著重對FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊實現(xiàn)進行說明。

2 FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的設(shè)計

根據(jù)RS232 異步串行通信來的幀格式，在FPGA發(fā)送模塊中采用的每一幀格式為：1位開始位+8位數(shù)據(jù)位+1位奇校驗位+1位停止位，波特率為2400。本系統(tǒng)設(shè)計的是將一個16位的數(shù)據(jù)封裝成高位幀和低位幀兩個幀進行發(fā)送，先發(fā)送低位幀，再發(fā)送高位幀，在傳輸數(shù)據(jù)時，加上文件頭和數(shù)據(jù)長度，文件頭用555555來表示，只有單片機收到555555時，才將下面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)位進行接收，并進行奇校驗位的檢驗，正確就對收到的數(shù)據(jù)進行存儲處理功能，數(shù)據(jù)長度可以根據(jù)需要任意改變。由設(shè)置的波特率可以算出分頻系數(shù)，具體算法為分頻系數(shù)X=CLK/(BOUND*2)?？捎纱耸剿愠鏊璧娜我獠ㄌ芈?。下面是實現(xiàn)上述功能的VHDL源程序。

Library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

enTIty atel2_bin is

port( txclk: in std_logic; --2400Hz的波特率時鐘

reset: in std_logic; --復(fù)位信號

din: in std_logic_vector(15 downto 0); --發(fā)送的數(shù)據(jù)

start: in std_logic; --允許傳輸信號

sout: out std_logic --串行輸出端口

);

end atel2_bin;

architecture behav of atel2_bin is

signal thr,len: std_logic_vector(15 downto 0);

signal txcnt_r: std_logic_vector(2 downto 0);

signal sout1: std_logic;

signal cou: integer:=0;

signal oddb:std_logic;

type s is(start1,start2,shift1,shift2,odd1,odd2,stop1,stop2);

signal state:s:=start1;

begin

process(txclk)

begin

if rising_edge(txclk) then

if cou3 then thr=0000000001010101; --發(fā)送的文件頭

elsif cou=3 then

thr=0000000000000010; --發(fā)送的文件長度

elsif (cou>3 and state=stop2) then thr=din;--發(fā)送的數(shù)據(jù)

end if;

end if;

end process;

process(reset,txclk)

variable tsr,tsr1,oddb1,oddb2: std_logic_vector(7 downto 0);

begin

if reset=1 then

txcnt_r=(others=>0);

sout1=1;

state=start1;

cou=0;

elsif txclkevent and txclk=1 then

case state is

when start1=>

if start=1 then

if cou=3 then

len=thr;

end if;

tsr:=thr(7 downto 0);

oddb1:=thr(7 downto 0);

sout1=0; --起始位

txcnt_r=(others=>0);

state=shift1;

else 全文查看

state=start1;

end if;

when shift1=>

oddb=oddb1(7) xor oddb1(6) xor oddb1(5) xor oddb1(4) xor oddb1(3) xor oddb1(2) xor oddb1(1) xor oddb1(0);

sout1=tsr(0); --數(shù)據(jù)位

tsr(6 downto 0):=tsr(7 downto 1);

tsr(7):=0;

txcnt_r=txcnt_r+1;

if (txcnt_r=7) then

state=odd1;cou=cou+1;

end if;

when odd1=> --奇校驗位

if oddb=1 then

sout1=0;state=stop1;

else

sout1=1;state=stop1;

end if;

when stop1=>

sout1=1; --停止位

if cou4 then

state=start1;

else

state=start2;

end if;

when start2=>

tsr1:=thr(15 downto 8);

oddb2:=thr(15 downto 8);

sout1=0; --起始位

txcnt_r=(others=>0);

state=shift2;

when shift2=>

oddb=oddb2(7) xor oddb2(6) xor oddb2(5) xor oddb2(4) xor oddb2(3) xor oddb2(2) xor oddb2(1) xor oddb2(0);

sout1=tsr1(0);--數(shù)據(jù)位

tsr1(6 downto 0):=tsr1(7 downto 1);

tsr1(7):=0;

txcnt_r=txcnt_r+1;

if (txcnt_r=7) then

state=odd2;

end if;全文查看

when odd2=> --奇校驗位