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基于Verilog HDL的UART模块设计与仿真 摘要：通用异步收发器UART常用于微机和外设之间的数据交换，针对UART的特点，提出了一种基于Ver4log HDL的UART设计方法。采用自顶向下的设计路线，结合状态机的描述形式，使用硬件描述语言设计UART的顶层模块及各个子模块，从而使整个设计更加紧凑、可靠。同时采用参数化的设计方法，增强系统的可移植性。仿真结果表明，该系统可支持标准异步串行传输RS-232协议，可集成到FPGAFPGA 　　现场可编程逻辑门阵列（FPGA, Field Programmable Gate Array），是一个含有可编辑元件的半导体设备，可供使用者现场程式化的逻辑门阵列元件。FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编辑器件的基础上进一步发展的产物。 [全文] 芯片中使用。 　　随着微机应用和计算机网络的发展，计算机与外界之间的信息交换变得越来越重要，为了保证串行通信的正常进行，提高串行通信的效率和CPU的利用率，在微机系统中采用专用的大规模集成电路集成电路 　　集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。它在电路中用字母IC(也有用文字符号N等)表示。 [全文] 来完成这些工作，这就是串行通信接口。通用异步接收发送器UART(Universal asynchronousreceiver／transmitter)主要用于控制设备之间的串行通信。广泛应用于调制解调器解调器 　　解调器是调制式直流放大电路中的一个重要组成部分.负责把已放大了的交流电压还原为直流电压,其大小和极性与交流电压的幅度和相位要对应。 [全文] Modem、手持工业设备、条形码阅读器、测试设备、消费产品与计算机PC、微处理器以及小型通信网络之间的通信等。在SOC设计中，异步串行通信接口已成为不可缺少的一部分，它的性能优劣将直接影响相应电子系统的性能和指标。 　　1 UART原理 　　串行通信是指外部设备和计算机间使用一根数据线数据线 　　数据线就是连接移动设备和电脑达到传送铃声、图片等数字类信息文件的通路工具。现在随着电子行业日新月异的发展，数据线已经成为了我们生活中不可获缺的部分。 [全文] (另外需要地线，可能还需要控制线)进行数据传输的方式。数据在一根数据线上一位一位传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。与并行通信方式相比，串行通信方式的传输速度较慢，但这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，因此得到了广泛的应用。 　　基本的UART只需要发送和接收两条数据线就可以完成数据的全双工通信，其基本功能是在发送端将控制器通过总线总线 　　总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们常常以MHz表示的速度来描述总线频率。 [全文] 传过来的并行数据，以设定的格式，设定的频率串行地传输出去，并同时在接收端将串行接收到的数据，转换成相应的并行数据发送出去。UART的基本帧格式如图1所示。其中，起始位总是逻辑O状态，停止位总是逻辑l状态，其持续时间可选为1位、1．5位或2位，其数据位可为5、6、7、8位，校验位可根据需要选择奇校验位，偶校验位或无校验位。 　　2 UART的设计 　　现今复杂的数字系统的设计往往采用自顶向下的设计方案，利用层次化结构化的方法，将一个设计方案划分为若干模块，在不同层次的模块都可以进行仿真，可以很方便地查看某一层次的代码以改正仿真时发现错误。在本设计中UART主要由波特率发生器、接收模块、发送模块3部分组成，并具有l位停止位和无校验位。波特率发生器实现波特率的变换，利用外部时钟信号产生一个所需波特率16倍的波特率时钟，用来控制UART的接收与发送。接收模块是用于接收串行信号，并将其转化为并行数据；而发送模块则将准备输出的并行数据按照UART的帧格式转化为串行数据输出。图2为UART结构图。 　　2．1 波特率发生器 　　波特率表示的是每秒钟传送的二进制数据的位数，即单位时间内传送的信息量。在串行异步传送中，常用到的波特率为1 200、2 400、4 800、9 600、19 200等。波特率发生器实际上是一个分频器，主要是产生和。RS-232通信所采用的波特率同步的时钟。由于串行数据帧与接收数据时钟是异步的，所以存UART的接收端在什么时刻将数据移入寄存器，怎样选择可靠的采样点是非常关键的。一般采用高速时钟对串行数据采样是非常有效的方法。在实际设计中，一般最大选择16倍于波特率的时钟频率。实现波特率时钟的基本思路就是设计一个计数器计数器 　　计数器是一种具有多