通用异步接收发送器的设计

摘要

通用异步接收发送器(UART：Universal asynchronous receiver/transmitter)主要用于控制设备之间的串行通信。广泛应用于调制解调器Modem、手持工业设备、条形码阅读器、测试设备、消费产品与计算机PC、微处理器芯片以及小型通信网络之间的通信。在SOC设计中，异步串行通信接口已成为不可缺少的一部分，它的性能优劣将直接影响相应电子系统的性能和指标。 本论文采用自顶向下的正向设计路线，对UART进行具体设计。包括系统划分、编写代码、功能仿真、逻辑综合、综合后仿真、布局布线、时序仿真、下载芯片选择等。在设计的不同阶段使用了不同的EDA工具，包括Modelsim、Synplif、QuartusⅡ等。 在具体实现上，本文给出了UART的各个模块的详细设计，包括：发送器、接收器、波特率发生器、同步先进先出缓存(FIFO：First In First Out)、Modem控制模块、接口模块。在UART设计中，考虑到速度、面积和稳定性等因素，对各个模块的具体设计做了优化。文中采用参数化设计方法，增强系统可移植性；考虑到UART对时钟的特殊要求，对系统时钟做了一定的改进。论文最后给出了UART综合优化、仿真测试和分析的结果。结果表明，所设计的UART功能上已达到设计要求。它可支持标准异步串行传输RS-232协议；提供调制解调器Modem的控制信号；可编程串行数据格式；可编程波特率；接收、发送全双工；内部自测试模式；各种出错检验和中断；优先级中断控制系统。

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文背景及主要意义

1.2主要设计方法

1.2.1 FPGA设计流程

1.2.2 Verilog HDL

1.2.3自顶向下(Top_Down)设计方法

1.3论文主要工作及安排

第二章串行通信协议

2.1串行通信基本概念

2.1.1调制与解调

2.1.2通信方式

2.1.3同步通信和异步通信

2.2串行通信的接口标准

2.2.1功能特性

2.2.2通信过程

2.3本章小结

第三章UART设计

3.1 UART基本原理

3.1.1 UART基本原理

3.1.2 UART设计要求

3.2 UART内部基本构造

3.2.1 UART端口定义

3.2.2 UART内部寄存器

3.3 UART各功能模块的设计

3.3.1同步FIFO设计

3.3.2波特率发生器设计

3.3.3发送器设计

3.3.4接收器设计

3.3.5接口单元设计

3.3.6调制解调器单元设计

3.4本章小结

第四章UART仿真和综合

4.1 UART代码的编写

4.2 UART仿真验证

4.2.1仿真说明

4.2.2仿真波形

4.2.3仿真验证小结

4.3 UART综合优化及芯片映射

4.3.1 UART综合工具

4.3.2 FPGA母片选择

4.3.3结果分析比较

4.4本章小结

第五章结束语

致谢

参考文献

研究成果

附录