基于FPGA的串口设计稿毕业设计稿39893934.docVIP

基于FPGA的串口设计 目 录 前 言 1 1 引言 1 1.1 课题来源 1 1.2 课题研究的研究背景 1 1.3 国内外的发展现状、发展趋势及存在的主要问题 2 1.4 课题研究的指导思想与技术路线 3 1.5 基于FPGA串口设计的技术要求 4 2 UART原理介绍 5 2.1UART结构和工作原理 5 3 方案选择 6 3.1 设计语言的选择 6 3.2 电平转换方式的选择 7 3.3 FPGA核心芯片的选择 7 4 系统硬件设计 9 4.1 器件芯片介绍 9 4.2 系统硬件框图 14 4.3 主要组成电路分析 14 4.4 总电路图设计 17 5 系统软件设计 17 5.1 主程序流程图 17 5.2 中断子程序流程图 19 5.3 DDS控制软件设计 19 5.4 AD7886 软件驱动设计 20 5.5 系统源程序 21 6 制作位移测量装置的步骤 21 7 总结 22 参考文献 23 致 谢 24 附录1 25 附录2 26 附录3 27 前 言 随着FPGA/CPLD器件在控制领域的广泛使用，开发嵌于FPGA/CPLD器件内部的通用异步收发器，以实现FPGA/CPLD开发系统与PC机之间的数据通信是很有实际意义的。FPGA/CPLD器件与单片机、ARM等器件不同，内部没有集成UART，因此要实现串行通信，必须要独立开发UART模块。本设计对于深入理解串口的工作原理和理解FPGA的工作流程具有启示意义，并通过设计的过程FPGA的应用能力和系统综合设计能力将得到加强。 1 引言 1.1 课题来源 结合科研 1.2课题研究的研究背景 当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC，几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。 通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）, 简称为UART ) 由于具有数据通信时需要的连线少, 具有相关工业标准提供的标准的接口电平规范等优点, 在工业控制领域被广泛采用. 近年来, 随着FPGA/ CPLD 器件在控制领域的广泛使用, 开发嵌于FPGA/ CPLD 器件内部的通用异步收发器, 以实现FPGA/ CPLD 开发系统与PC 机之间的数据通信引起了FPGA / CPLD 领域研究人员的关注. 为此,本设计基于FPGA 器件设计了符合RS - 232 标准的U ART , 便于实现FPGA/CPLD开发系统与PC 机之间的串口数据交换。1.3国内外的发展现状、发展趋势及存在的主要问题 ? 通用异步收发器(Universal Asychronous Receiver Transmitter，UART)是雷达中常用的器件类型，多用于全机监测、指令发送接收、状态传递、键盘显示操作以及控制等等。由于许多大的器件供应商不再生产此类军品级产品，因此，就必须另寻途径解决其在雷达中的应用问题。利用可编程器件实现UART功能模块，既可以满足产品类别的需求又可以在使用中根据实际情况增减配置，是我们在设计中值得考虑的一种方法。在嵌入式系统中，嵌入式CPU往往要通过各种串行数据总线与“外界”进行通信。在应用中，异步的串行数据通信用得较多，而通用异步收发器在其中扮演着重要角色：完成数据的串并转换，即把并行数据按照通信波特率转化为通信协议中规定的串行数据流，也可从串行数据流中取出有用数据转变为并行数据。 FPGA是英文 Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列， 它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集 成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又 克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA 采用了逻辑单元阵列LCA（Logi c Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB （Configurable Lo gic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnec t）三个部