HDL设计数字UART(中英文翻译).docx

【UART（通用异步串行收发器）的HDL设计】 UART是一种广泛使用的通信协议，用于设备间的串行通信。在FPGA（现场可编程门阵列）设计中，使用硬件描述语言（HDL）如Verilog进行UART的设计和验证，能够提高设计效率和准确性。本文将详细阐述如何使用Verilog实现数字UART。 UART的核心由发射模块（Transmitter）和接收模块（Receiver）组成。发射模块负责将CPU提供的并行数据转换为串行流，而接收模块则将接收到的串行数据恢复为并行形式。在系统顶层，这两个模块通过共享的主时钟（mclkx16）和复位线连接，并通过双向数据总线（data[7:0]）交换数据。发射和接收模块各自拥有独立的控制逻辑，确保全双工操作，即同时进行发送和接收。 UART的数据帧格式如图3所示，包含起始位、8位数据位、1位奇偶校验位和1位停止位。起始位通常为低电平，数据位按低位优先顺序排列，接着是奇偶校验位，根据配置可以是奇校验或偶校验。最后是停止位，通常为高电平，表示数据帧的结束。 发送时序如图4所示，主控时钟mclkx16经过分频得到波特率时钟txclk。数据并行写入发送模块，在波特率时钟的上升沿，数据逐位移出并通过tx输出端口发送。接收时序如图5所示，串行数据通过rx输入，逐位加载到接收移位寄存器，然后进入接收寄存器，当接收完成且无错误时，产生rxrdy标志，通知CPU数据已准备好读取。 UART的I/O接口定义了各种信号，包括输入的主时钟mclkx16、复位信号reset、写入和读取控制信号write和read，以及数据总线data[7:0]等。此外，还有错误检测标志如parityerr（奇偶校验错误）、framingerr（帧错误）和overrun（溢出错误），以及状态指示txrdy（发送就绪）和rxrdy（接收就绪）。 总结来说，设计一个基于HDL的UART涉及到以下几个关键步骤： 1. 定义UART的数据帧格式。 2. 设计发射模块，实现并行到串行的转换。 3. 设计接收模块，实现串行到并行的转换。 4. 分频主时钟，生成波特率时钟。 5. 实现错误检测和状态指示功能。 6. 集成顶层设计，将发射和接收模块与CPU接口相连。 通过这样的设计，开发者可以在FPGA中构建出一个完整的UART通信系统，实现高效、可靠的串行通信功能。