基于FPGA的UART电路的设计与应用

摘要

目前专用的UART集成电路芯片多数设计比较复杂,而且可移植性较差,成本比较高。同时,根据项目设计需求,要求实现FPGA和上位机间实现数据传输的UART接口,以及能够完成两个FPGA芯片间通信的专用型三线串行接口。所以本论文设计一款能完成UART电路各种功能的接口,可以实现设计的特殊需求,并且设计的电路具有可移植特性,可供其他项目进行方便的移植和修改升级。
　　根据所需实现的电路功能,本文设计出了UART接口电路的系统结构框图,主要包括接收模块、发送模块、波特率产生模块、接收FIFO缓冲模块、发送FIFO缓冲模块以及中断产生模块。设计中对各模块电路进行详尽的功能实现分析和硬件语言描述,并且在 ISE集成软件环境下,对所设计的电路分别使用 Modelsim和Synplify Pro软件进行了功能仿真和综合,使用了Virtex-5系列开发板对仿真综合后的电路进行板级测试。本文中把专用三线串行接口,作为UART接口的一个应用来进行详细设计分析并完成电路仿真与测试。
　　仿真和测试结果表明,本文所设计的UART电路以及三线串口电路能满足项目中的设计需求,达到了预期目标。并且UART电路实现了波特率可调的功能,三线串口电路实现了正确的门控功能,同时设计的电路结构比较简单而且能够可移植升级。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及现状

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 论文的主要工作及结构

第二章 基于FPGA的UART设计相关知识

2.1 异步串行通信协议

2.2 FPGA芯片结构

2.3 基于FPGA的电路设计

2.4 本章小结

第三章 基于FPGA的UART电路设计

3.1 UART电路功能及整体框图设计

3.2 波特率产生模块电路设计

3.3 接收模块电路设计

3.4 发送模块电路设计

3.5 发送FIFO和接收FIFO模块设计

3.6 中断产生模块电路设计

3.7 三线串口电路设计

3.8 本章小结

第四章 UART电路的验证与综合

4.1 UART电路的仿真验证

4.2 三线串口电路的仿真

4.3 UART电路的综合

4.4 UART电路的FPGA开发板验证

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献