基于FPGA的UART模塊的設計

0 引 言
在計算機的數(shù)據通信中，外設一般不能與計算機直接相連，它們之間的信息交換主要存在以下問題：
(1)速度不匹配。外設的工作速度和計算機的工作速度不一樣，而且外設之間的工作速度差異也比較大。
(2)數(shù)據格式不匹配。不同的外設在進行信息存儲和處理時的數(shù)據格式可能不同，例如最基本的數(shù)據格式可分為并行數(shù)據和串行數(shù)據。
(3)信息類型不匹配。不同的外設可能采用不同類型的型號，有些是模擬信號，有些是數(shù)字信號，因此采用的處理方式也不同。
為了解決外設和計算機之間的信息交換問題，即需要設計一個信息交換的中間環(huán)節(jié)――接口。UART控制器是最常用的接口。
通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronotls Receiv―er／Transmitter，UART)是輔助計算機與串行設備之間的通信，作為RS 232通信接口的一個重要的部分，目前大部分的處理器都集成了UART。

l UART的數(shù)據格式
UART的數(shù)據傳輸格式如圖1所示。

由于數(shù)字圖像亞像素在計算機中是用8位二進制表示，因此UART傳輸?shù)挠行?shù)據位為8位。傳輸線在空閑時為高電平，因此有效數(shù)據流的開始位設為0。接著傳輸8位有效數(shù)據位，先從最低位開始傳送。奇偶檢驗位可以設置為奇檢驗、偶校驗或者不設置校驗位，由于本系統(tǒng)使用的傳輸速率不高，為了加快開發(fā)進程，減少電路面積，因此沒有設計奇偶檢驗模塊，數(shù)據流中不設奇偶檢驗位。最后停止位為高電平。

2 UART的基本結構
設計的UART主要由UART內核、信號檢測器、移位寄存器、波特率發(fā)生器和計數(shù)器組成，如圖2所示。UART各個功能模塊的功能如下文所述。

2．1 信號檢測器模塊