UART的VHDL实现

UART（通用异步收发传输器）是一种广泛用于设备间串行通信的标准接口。在VHDL中实现UART，主要是为了在硬件描述语言层面构建一个能够处理数据传输的逻辑电路。下面将详细介绍UART的VHDL实现，以及与之相关的知识点。 UART的核心功能包括数据的发送和接收。发送过程通常涉及将并行数据转换为串行数据，并通过调整波特率来控制数据的传输速度。在本例中，波特率为115200Hz，意味着每秒可以传输115200个位。接收端则相反，它接收串行数据并将其转化为并行数据。 50MHz时钟分频是实现UART波特率的关键步骤。因为UART的波特率通常远低于系统时钟频率，需要通过分频器将50MHz的高速时钟分频为115200Hz的波特率时钟。分频因子可以通过计算得出：50MHz / 115200 = 434.7826，因此，可以设计一个计数器，当计数值达到434时，输出一次波特率时钟。 在VHDL中，可以使用计数器模块实现这个功能，例如，使用“process”语句结合“when…else”结构来创建递增计数器，当计数值达到预设值时，重置计数器并输出一个时钟脉冲。 接下来，我们来看一下VHDL代码文件的组成部分： - `rs232_rec.vhd` 和 `rs232_trans.vhd`：这是UART的接收器（Receiver）和发送器（Transmitter）的VHDL模块。它们可能包含了串行到并行（SPI）和并行到串行（PSI）的转换逻辑，以及数据缓冲区、帧同步、奇偶校验和错误检测等功能。 - `uart_tb.vhd`：UART的测试激励模块，用于验证UART接收和发送的功能。它会生成测试数据并模拟实际通信环境，通过观察波形图（如`uart_tb.bmp`）来检查UART是否正确工作。 - `rs232rec_tb.vhd` 和 `rs232trans_tb.vhd`：这些是接收和发送模块的独立测试模块，分别针对接收和发送功能进行测试。 - `clk_tb.bmp`：可能显示的是系统时钟或波特率时钟的仿真波形，用于检查时钟分频器的正确性。 - `readme.txt`：可能包含有关项目或测试的说明和指导。 在ISE（Integrated Software Environment）这样的FPGA开发工具中，这些VHDL代码会经过编译、综合和实现，最终生成可以在硬件上运行的配置文件。通过仿真（如`rec_tb.bmp`、`uart_tb.bmp`和`trans_tb.bmp`所示的波形图），开发者可以检查设计的功能性和时序特性，确保UART在各种条件下都能正常工作。 UART的VHDL实现是一个涉及时钟分频、串行/并行转换、数据同步以及错误检测等复杂逻辑的过程。通过VHDL，我们可以精确地控制这些功能，为嵌入式系统或FPGA应用提供可靠且高效的串行通信接口。