嵌入式UART接口模塊的設(shè)計(jì)

圖4　移位寄存器仿真波形圖

　　如圖4所示，移位寄存器在復(fù)位后的每個(gè)時(shí)鐘的上升沿工作。由于數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)是先發(fā)送有效數(shù)據(jù)的最低位，因此移位寄存器是將接收的數(shù)據(jù)由高位向低位移動(dòng)，dout輸出移位寄存器的最低位。圖中的regs數(shù)據(jù)用16進(jìn)制表示。

　　2.3　波特率發(fā)生器模塊

　　波特率發(fā)生器的功能是產(chǎn)生和RS232通信所采用的波特率同步的時(shí)鐘，這樣才能方便地按照RS232串行通信的時(shí)序要求進(jìn)行數(shù)據(jù)接收或者發(fā)送。比如，波特率為9600b/s,即每秒傳輸9600b數(shù)據(jù)，則同步的波特率時(shí)鐘頻率為9600Hz,周期為1/9600=0.10417。

　　設(shè)計(jì)波特率時(shí)鐘的基本思路就是設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器工作在速度很高的系統(tǒng)時(shí)鐘下，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某數(shù)值時(shí)將輸出置高，再計(jì)數(shù)到一定的數(shù)值后再將輸出置低，如此反復(fù)便能夠得到所需的波特率時(shí)鐘。該系統(tǒng)所用的FPGA系統(tǒng)時(shí)鐘為50MHz,RS232通信的波特率為9600b/s,則波特率時(shí)鐘的每個(gè)周期相當(dāng)于

　　5208個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。假如要得到占空比為50%的波特率時(shí)鐘，只要使得計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)到1604時(shí)將輸出置高，之后在計(jì)數(shù)到5208時(shí)將輸出置低并且重新計(jì)數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)和9600波特率同步的時(shí)鐘。

　　為了便于仿真，使計(jì)數(shù)器計(jì)到2時(shí)將輸出置高，之后計(jì)到4時(shí)將輸出置地并且重新計(jì)數(shù)。波特率發(fā)生器的仿真波形圖如圖5所示。

圖5　波特率發(fā)生器仿真波形圖

　　觀察波形可以看到波特率發(fā)生器每經(jīng)過(guò)4個(gè)時(shí)鐘周期輸出1個(gè)完整的波特率時(shí)鐘周期，占空比為1/2,并且在每次輸出波特率時(shí)鐘周期之后輸出1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘脈寬的提示信號(hào)indicator,UART通過(guò)此信號(hào)來(lái)了解波特率發(fā)生器已輸出的波特率時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)。由波形圖可見(jiàn)波特率發(fā)生器的工作完全滿足設(shè)計(jì)的要求。

　　2.4　計(jì)數(shù)器模塊

　　計(jì)數(shù)器模塊的功能是可控的，在輸入時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到計(jì)數(shù)上閾時(shí)給UART內(nèi)核一個(gè)提示信號(hào)。在不同的工作狀態(tài)下，計(jì)數(shù)器模塊的輸入時(shí)鐘是不同的。UART在數(shù)據(jù)發(fā)送之前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)加載（即將串行序列保存在移位寄存器內(nèi)），在此工程中計(jì)數(shù)器模塊的輸入時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘，因?yàn)榇藭r(shí)移位寄存器也工作在系統(tǒng)時(shí)鐘下。除了數(shù)據(jù)加載，另外2個(gè)需要計(jì)數(shù)器模塊的過(guò)程是數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。

　　由于這兩個(gè)過(guò)程中移位寄存器工作在波特率時(shí)鐘下，所以計(jì)數(shù)器模塊的時(shí)鐘就是與波特率時(shí)鐘同步的波特率發(fā)生器提示信號(hào)indicator,這樣每輸出1個(gè)完整的波特率時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)器就能增加1。

　　計(jì)數(shù)器的仿真波形圖如圖6所示。

圖6　計(jì)數(shù)器仿真波形圖

　　計(jì)數(shù)器在復(fù)位后并且ce有效時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，并且在第10個(gè)時(shí)鐘周期輸出提示信號(hào)overflow。

　　2.5　發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器模塊

　　發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器模塊的功能是將要發(fā)送的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并且在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加人起始位和停止位。緩沖器首先將要發(fā)送的8位數(shù)據(jù)寄存，并在最低位后添加起始位‘0’，在最高位前添加停止位‘1’，組成10位要發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)UART內(nèi)核模塊的計(jì)數(shù)值將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送入移位寄存器輸入端。

　　UART內(nèi)核模塊輸出的計(jì)數(shù)值是從0依次計(jì)到9,即先將要發(fā)送數(shù)據(jù)的最低位送入移位寄存器。發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器的仿真波形圖如圖7所示。