基于FPGA的UART设计.docx

郑州轻工业学院
课程设计说明书

题目：基于FPGA的UART设计

姓名：王鹏飞
院（系）：电子信息工程学院
专业班级：电子信息工程13-01
学号：541301030135
指导教师：杜海明

成绩：

时间：2016年6月21日至2016年6月28日

郑州轻工业学院
课程设计任务书

题目基于FPGA的UART设计
专业、班级电子信息工程13-01学号35姓名王鹏飞
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容：
要求学生使用硬件描述语言描述硬件功能，利用FPGA并采用模块化设计方法设计UART（通用异步收发器）的各个模块。其中包括波特发生器，程序控制器，UART数据接收器和UART数据发送器，本文采用的外部时钟为48MHZ，波特率为9600。在软件上进行设计、编译和仿真。
基本要求：
掌握FPGA的程序设计方法。
2、掌握硬件描述语言语法。
3、程序设计完成后要求在软件中实现功能仿真。
主要参考资料：
1、夏宇闻.Verilog数字系统设计教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003
2、潘松，王国栋.VHDL实用教程「M].成都:电子科技大学出版社，2003.

完成期限：
指导教师签名：
课程负责人签名：
2016年6月18日

基于FPGA的UART设计

摘要

UART作为RS232协议的控制接口得到了广泛的应用，将UART的功能集成到FPGA芯片中，可使整个系统更为灵活、紧凑，减小整个电路的体积，提高系统的可靠性和稳定性。提出了一种基于FPGA的UART的实现方法，具体描述了发送、接收等模块的设计，恰当使用了有限状态机，实现了FPGA上的UART的设计，给出仿真结果。

关键词FPGAUART模块化有限状态机

目录
TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc454485273"1FPGA与UART简介 1
HYPERLINK\l"_Toc454485274"1.1FPGA介绍 1
HYPERLINK\l"_Toc454485275"1.2UART简介 1
HYPERLINK\l"_Toc454485276"2UART工作原理及功能设计 3
HYPERLINK\l"_Toc454485277"2.1UART工作原理 3
HYPERLINK\l"_Toc454485278"2.2UART功能设计 3
HYPERLINK\l"_Toc454485279"2.2.1波特率发生器设计 4
HYPERLINK\l"_Toc454485280"2.2.2发送器设计 5
HYPERLINK\l"_Toc454485281"2.2.3接收器设计 5
HYPERLINK\l"_Toc454485282"3.仿真 8
HYPERLINK\l"_Toc454485283"4总结 9
HYPERLINK\l"_Toc454485284"参考文献 PAGEREF_Toc454485284\h10


1FPGA与UART简介
1.1FPGA介绍
FPGA(Field-ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD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主要特点：
1）采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
5)FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。
1.2UART简