串口RS232通信

 串口有9个管脚，其中只有三个是最重要的，分别是

 

pin 2: RxD (receive data). 接收数据

pin 3: TxD (transmit data). 发送数据

pin 5: GND (ground).      地

 

串行通信时序

   我们先来看看字节0x55的发送

 

 

 0x55的二进制代码是01010101，但发送时由低字节开始的，因此发送次序依次为1-0-1-0-1-0-1-0.

 

串行通信电平

·                     "1" is sent using -10V (or between -5V and -15V).

·                     "0" is sent using +10V (or between 5V and 15V).

 由于计算机RS232的电平与电路板（通常+5V）之间电平的不同所以要用到转换芯片

如果PCB板电源+-5V的话用MAX232

如果PCB板（FPGA）电源是+-3.3V的话用MAX3232

 

  

 这个图的串口如果采用母头的话，要用交叉公母线，保证是PCB板上这边的RxD连计算机的TxD（3 Pin），PCB板这边的TxD连计算机的RxD(2 Pin).

 

 

串行通信波特率

这里要弄清楚波特率与比特率的差别：

比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000，而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576)。

波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。

 

 波特率与比特率的关系为：比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数

 

两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率；

四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍；

八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍；

依次类推。

 

对于串行通信来说，或者说是对于普通的数字电路来说，都是两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)，因此波特率=比特率（通常叫波特率）。

 

PS：可以看看下面图就知道什么是四相调制。

 

 

如果系统时钟是1.8432MHz ，那16分频就得到115200Hz

reg [3:0] BaudDivCnt;
always @(posedge clk) BaudDivCnt <= BaudDivCnt + 1;

wire BaudTick = (BaudDivCnt==15);

      但通常系统的时钟不是刚刚好是波特率的整数倍，如果不采用DCM对系统进行倍频的话，可以采用下面程序进行处理，设系统时钟为2MHz=2000000Hz

2000000/115200=17.36111

1024/59= 17.356

2000000/115200≈1024/59

两个频率很接近，可以采用下面程序产生我们要的波特率。

// 10 bits for the accumulator ([9:0]), and one extra bit for the accumulator carry-out ([10])
reg [10:0] acc;          // 11 bits total!

always @(posedge clk)
  acc <= acc[9:0] + 59;

 // use only 10 bits from the previous result, but save the full 11 bits

wire BaudTick = acc[10]; // so that the 11th bit is the carry-out

当系统时钟为2MHz的时候，计算得到的波特率的值为115234，与115200只有0.03%的误差。

我们怎么得到“59”呢，可以看下面的推导

 

 

其中Baud<，Baud左移BaudGeneratorAccWidth位，相当于Baud乘以2的BaudGeneratorAccWidth次方。

参照上面的程序与公式推导可以把程序修改如下：

parameter ClkFrequency = 25000000; // 25MHz
parameter Baud = 115200;
parameter BaudGeneratorAccWidth = 16;
parameter BaudGeneratorInc = (Baud<
reg [BaudGeneratorAccWidth:0] BaudGeneratorAcc;
always @(posedge clk)
  BaudGeneratorAcc <= BaudGeneratorAcc[BaudGeneratorAccWidth-1:0] + BaudGeneratorInc;

wire BaudTick = BaudGeneratorAcc[BaudGeneratorAccWidth];

 

当要注意的是，上面程序中BaudGeneratorInc的计算公式出错，因为在Verilog语言中中间结果只能32位，而这个公式计算的结果超过了32位。所以要把这行改为

parameter BaudGeneratorInc = ((Baud<<(BaudGeneratorAccWidth-4))+(ClkFrequency>>5))/(ClkFrequency>>4);

 

 

 

     程序改变，得到的波特率不变。

 

RS232发送接收模块

     可以参考下面文档，这里就不贴出来了。

 

RS232发送模块（Verilog）

RS232接收模块（Verilog）

以上程序均标注了J

 

调用串口发送接收模块

`timescale 1ns / 1ps

 

module serialfun(clk, RxD, TxD);

input clk;      //系统时钟

 

input RxD;

output TxD;

 

//////////////////////////////////////////////////

wire RxD_data_ready;

wire [7:0] RxD_data;

 

async_receiver deserializer(                 //RS-232接收模块

                         .clk(clk),

                                                 .RxD(RxD),

                                                 .RxD_data_ready(RxD_data_ready),

//当接收到一个字节的数据时，"RxD_data_ready"有效一个周期

                                                 .RxD_data(RxD_data)    //接收一个字节数据

                                                 );

 

///////////////////////////////////////////////////

async_transmitter serializer(                //RS-232发送模块

                         .clk(clk),

                                                 .TxD(TxD),

                                                 .TxD_start(RxD_data_ready),    

//"TxD_start"置位后开始传输

                                                 .TxD_data(RxD_data)   //发送一个字节数据

                                                 );

 

endmodule

 

这个程序的结果是在从计算机发送八个字节到FPGA，FPGA再把这八个字节转发回计算机。

要注意是如果以十六进制发送的话，就要以十六进制显示，8个字节可以发送2个字符（0~F）。如果没选以十六进制发送的话，会以ASCII码发送，只能发送一个字符（一个字符的ASCII有8个字节）。

 

  

 

 

    在Spartan3E Starter Kit开发板上有两个串口，所以设置管脚时要注意选择哪个串口，选择母头的话（DCE）与计算机相连的串口线选择交叉的公母线；选择公头的话（DTE），与计算机相连的串口线选择交叉的母母线。

我选择了公头，UCF文件如下（约束管脚）

 

NET "clk"  LOC = "C9" | IOSTANDARD = LVCMOS33 ;

NET "RxD"  LOC = "U8" | IOSTANDARD = LVTTL ;

NET "TxD"  LOC = "M13" | IOSTANDARD = LVTTL  | DRIVE = 8  | SLEW = SLOW ;

  

参考资料：

1)     什么是波特率，比特率，调制速率？

http://blog.ednchina.com/htcx8568/94374/message.aspx

2) Serial interface (RS-232)

   

 

 

本文转载自：http://blog.ednchina.com/tengjingshu/219306/message.aspx