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浅谈UART通信协议 UART接收数据时序设计发布日期:2022-07-02 01:10:46     

来源:名博体育app

  串口通信也是一个基础实验,是FPGA与电脑、单片机、DSP通信的一种最简单的方案,对通信速率要求不高时可以选择UART通信。您可能已经知道UART时序的控制、波特率的配置等方面的内容,但在实际使用时还是会遇到一些问题,比如如何才能恰当的和其它模块进行衔接?为什么时序明明没问题,却无法和其它控制单元成功通信?本文致力于全面解析在设计UART通信时的思路方法。

  UART通信的一帧一般由11到12位数据组成。1bit的起始位,检测为低电平表示数据开始传输;紧接着8bits的数据;然后是1bit的奇偶校验位,可以是奇校验或者偶校验;最后是1bit或2bits的停止位,必须为高电平,表示一个字符数据的传输结束。

  其中校验位是可选的,用来检验数据是否传输正确。如果有校验位,则需要保证收发双方选择同样的一种检验方式。奇校验就是保证数据中的1是奇数,比如如果8bit数据中有3bits的1,校验位置0;如果有4bits的1,校验位置1。偶校验就是保证数据中的1是偶数。

  波特率表示数据传输的速率,单位bps,表示位每秒。比如9600bps就表示1s可以传输9600bits的数据。异步收发没有时钟打拍来控制数据的传输,就需要保证收发双方在波特率设置上的一致。确保接收数据的完整性。

  程序中通常使用16倍速率对UART通信时序进行采样,则UART通信所需的时钟就是16*bps,如9600bps通信所需的驱动时钟大小就是16*9600=153.6kHz。程序中可以使用一个计数器对系统时钟分频产生UART通信时钟。

  通常我们程序中都会设计一个UART发送数据的开始信号,对这个开始信号的处理方法和“FPGA基础设计(二):PS2键盘控制及短按、长按”这篇文章对按键有效信号处理的方法相同,采用一级寄存,然后进行逻辑判断,从而产生一个时钟宽度的有效信号。那么当检测到有效信号时便可以启动UART发送数据的过程。

  if (wrsigrise && (~idle)) //当发送命令有效且线路为空闲时,启动新的数据发送进程

  UART是按单bit发送的,因此在控制时序时可以使用一个计数器控制,在对应的计数位送出对应的数据。由于我们使用的是16倍时钟采样,因此每个数据位之间的计数间隔便是16,一次完整的发送过程如下所示:

  UART接收数据的过程和发送数据的过程是恰好相反的。区别只在于UART发送的开始信号和发送数据端tx是从FPGA内部的其它模块产生的;而UART接收的开始信号和接收数据段rx送来的数据来自其它设备,因此需要对外部送来的信号进行监测。

  if (rxfall && (~idle)) //检测到线路的下降沿并且原先线路为空闲,启动接收数据进程

  UART一次通信只能完成一帧,即传输一个8bits的数据,然而我们通常需要很多帧来组成一次完整的通信。如一种简单常用的气象采集站通信格式为:“FF(开始帧)+雨量+温度+湿度+气压+风速+风向+CRC校验+FE(结束帧)”。这种情况下可以建立一组寄存器专门存储发送或接收的数据。比如发送时可以做如下处理:

  接收的原理类似,只不过接收是在通信过程中接收。这样我们使用一个计数器控制,并检测串口通信的状态,依次将这组寄存器中的值按发送顺序传入UART发送数据模块即可。

  另外需要做好的一件事就是串口模块与其它模块的衔接。我们在建立好上述的寄存器组之后,只要把数据来源填充到寄存器组中对应的位置即可。但如果数据是从RAM、FIFO等模块中来的,在串口通信时就应该对使能信号、FIFO空满信号等做出合理的判断和控制,就像“FPGA数据采集-传输-显示系统(一):1.2/50μs冲击电压测量与显示”和“FPGA数据采集-传输-显示系统(二):基于FPGA的温度采集和以太网传输”两篇文章中做的一样。

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