基于VHDL的RS232串口通信控制器

目录摘要..................................................................................................................................2正文..................................................................................................................................21.RS232协议简介...............................................................................................................21.1串口.......................................................................................................................21.2RS232串口...........................................................................................................31.3数据帧...................................................................................................................42.系统设计...........................................................................................................................52.1总体设计...............................................................................................................52.2各模块设计及参数...............................................................................................53.系统调试...........................................................................................................................93.1仿真调试...............................................................................................................93.2下载调试.............................................................................................................104.系统指标测试.................................................................................................................104.1功能说明.............................................................................................................104.2管教分布及说明.................................................................................................104.3元件清单及资源利用情况.................................................................................11RS232串口通信控制器摘要本实验使用VHDL语言设计了一个串口通信控制器，实现了CPLD和PC机通过RS232协议进行数据通信。利用MAXIIEPM1270T144C5为核心芯片的数电实验开发板下载实现。串口的波特率选择9600bit，处于双工工作状态。按“发送键”CPLD向PC发送字符串“welcome”；PC课随时向CPLD发送0~F的十六进制数据，CPLD接收后译码显示在7段数码管上。AbstractInthisstudy,usingtheVHDLlanguagedesignedaserialcommunicationscontroller,toachievetheCPLDandthePCthroughRS232protocolfordatacommunication.CorechipusingMAXIIEPM1270T144C5severalpowerboarddownloadexperimentaldevelopmenttoachieve.Serialportbaudrateselection9600bit,intheduplexworkingcondition.PresstheSendbuttonCPLDsendthestringtothePCwelcome;PCclassat0~FtotheCPLDsendthehexadecimaldata,CPLDdecodingafterreceivingthe7-segmentdisplayon.关键词：VHDLRAS232串口通信CPLD正文1.RS232协议简介1.1串口串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线UniversalSerialBus或者USB混淆）。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。c，停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。d，奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。1.2RS232串口RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。DB-9针连接头-------------\12345/\6789/-------从计算机连出的线的截面。RS-232针脚的功能：数据：TXD（pin3）：串口数据输出(TransmitData)RXD（pin2）：串口数据输入(ReceiveData)握手：RTS（pin7）：发送数据请求(RequesttoSend)CTS（pin8）：清除发送(CleartoSend)DSR（pin6）：数据发送就绪(DataSendReady)DCD（pin1）：数据载波检测(DataCarrierDetect)DTR（pin4）：数据终端就绪(DataTerminalReady)地线：GND（pin5）：地线其他RI（pin9）：铃声指示1.3数据帧异步串行通信方式是把一个字符看作一个独立的信息单元，并且字符出现在数据流中的相对时间是任意的，而每一个字符中的各位是以固定的时间传送。因此这种方式在同一字符内部是同步的，而字符间是异步的。异步通信的主要特点是字符帧的传输格式，这样就使得发送方可以在字符之间可根据实际的需要插入不同的时间间隔，即每一个字符的发送是随机的。异步串行通信是以数据帧的格式传送的，1个字符开始传输前，输出线必须在逻辑上处于‘1’状态，这称为标识态。传输一开始，输出线由标识态变为‘o，状态，从而作为起始位。起始位后面为5～8个信息位，信息位由低到高排列，即第1位为字符的最低位，在同一传输系统中，信息位的数目是固定的。信息位后面为校验位，校验位可以按奇校验设置，也可以按偶校验设置，不过，校验位也可以不设置。最后的数位为‘1’，它作为停止位，停止位可为1位、1．5位或者2位。如果传输完1个字符以后，立即传输下一个字符，那么，后一个字符的起始位便紧挨着前一个字符的停止位了，否则，输出线又会立即进入标识态，即逻辑上处于‘l’。2.系统设计2.1总体设计2.2各模块设计及参数本实验是串口异步通信的典型应用，串口工作在全双工模式，采用正确的分频系数得出串口通信所需的波特率时钟。把每一位的发送接受分成了8个时隙，这样更好的实现质量可靠的通信，在每次的第7个时隙时，发送接受使能信号有效。发送部分采用并串转换，在先发送完