基于FPGA串口通信的电路和程序设计.docx

中北大学
毕业设计中期总结

学生姓名：袁财源学号：1206044145学院：仪器科学与技术专业：电子科学与技术设计题目：基于FPGA串口通信的电路和程序设计指导教师:郭涛

2015年1月5日
毕业设计中期总结
院系仪器与电子学院班级12060441学生
姓名袁财源指导
教师郭涛题目名称：基于FPGA串口通信的电路和程序设计
主要任务：
在了解FPGA原理的基础上，能够使用硬件语言设计出相应的控制程序，使其能实现信号的串口传送与接收，并通过上位机来发送和显示信号。
本设计的系统总体框图如图1所示：

图1系统总体框图
（1）查阅相关资料，了解串口通信的相关知识；
（2）熟悉FPGA的工作原理，掌握HDL语言；
（3）掌握ISE软件，进行硬件语言的编程；
（4）设计以FPGA为核心的串口通信电路，绘制电路原理图、PCB印制电路版图,编写硬件电路的控制程序，实现数据的通信；

开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果（方案、图纸、代码等支撑，任务书要求与已完成工作对照表）
1.设计方案
RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。使用RS232串口通信接口模块的目的是用于电平转换。由于FPGA输出的TTL电平与串口发送的电平不一致，因此，采用电平转换器MAX232。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器，以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平，来实现RS232信号和单片机串口信号之间的电平转换。其工作电压3.0-5.5V，可将TTL电平转换成RS-232标准电平。从而实现了FPGA与上位机之间的串口通信。

电路主要框图
相关知识

MAX232芯片结构
第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从11引脚（T1IN）、10引脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14脚（T1OUT）、7脚（T2OUT）送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚（R1IN）、8引脚（R2IN）输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚（R1OUT）、9引脚（R2OUT）输出。
第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。
RS232(DB9)引脚定义
1：DCD:载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于在线状态。
2：RXD:此引脚用于接收外部设备送来的数据；在你使用Modem时，你会发现RXD指示灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进入。
3：TXD:此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在你使用Modem时，你会发现TXD指示灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。
4：DTR:数据终端就绪；当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。
5：GND:信号地；此位不做过多解释。
6：DSR:数据设备就绪；此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。
7：RTS:请求发送；此脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放入缓冲区中。
8：CTS:清除发送；此脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。
9：RI:Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。

2.存在的主要问题及解决办法
1）此次设计中用FPGA作为控制芯片，MAX232的在通信时问题比较复杂，控制起来也有一定的难度。需深入学习硬件描述语言来控制好此芯片。
2）对的相关知识还不是很了解，这一块知识欠缺的比较多。需在这一块多花时间学习并掌握。
3）仍然没有具体硬件、软件设计，在接下来的时间要具体着手开始实际上的硬件与软件制作，并经过多次的测试与摸索，逐渐做出成品，完成毕设。

下一步的主要研究任务、具体设想与安排以及是否可以按时完成任务的分析
1）PCB版图设计：需注意电源滤波及地信号要求、基本布线要求。
2）VHDL程序设计：需进一步学习MAX232芯片的控制方法，串口通信的编程，学习状态机的设计方法等。
3）进一步学习并掌握上位机显示器模块部分。
4）在接下来