选题背景

1.3国内外的发展现状、发展趋势及存在的主要问题

通用异步收发器(Universal Asychronous Receiver Transmitter，UART)是雷达中常用的器件类型，多用于全机监测、指令发送接收、状态传递、键盘显示操作以及控制等等。由于许多大的器件供应商不再生产此类军品级产品，因此，就必须另寻途径解决其在雷达中的应用问题。利用可编程器件实现UART功能模块，既可以满足产品类别的需求又可以在使用中根据实际情况增减配置，是我们在设计中值得考虑的一种方法。在嵌入式系统中，嵌入式CPU往往要通过各种串行数据总线与“外界”进行通信。在应用中，异步的串行数据通信用得较多，而通用异步收发器在其中扮演着重要角色：完成数据的串并转换，即把并行数据按照通信波特率转化为通信协议中规定的串行数据流，也可从串行数据流中取出有用数据转变为并行数据。对FPGA芯片来说，该芯片具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件功能可以通过软件的编程修改参数来实现，这样不仅从实时性上得到了提高，而且极大提高了电子系统设计的通用性和灵活性，因此，UART接口技术的FPGA实现逐渐运用于现代军事工业。

FPGA是英文 Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列， 它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集 成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又 克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA 采用了逻辑单元阵列LCA（Logi c Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB （Configurable Lo gic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnec

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基于FPGA的串口设计

t）三个部分。

FPGA的基本特点主要有：

1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列，TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系等。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。 FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。 FPGA的设计难点： 1）不同时钟域转换

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前言

2）高速电路设计，信号完整性 3）降低功耗

1.4课题研究的指导思想与技术路线

UART（即Universal Asynchronous Receiver Transmitter 通用异步收发器）是一种应用广泛的短距离串行传输接口。UART允许在串行链路上进行全双工的通信。串行外设用到的RS232-C异步串行接口，一般采用专用的集成电路即UART实现。如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件，这类芯片已经相当复杂，有的含有许多辅助的模块（如FIFO），有时我们不需要使用完整的UART的功能和这些辅助功能。或者设计上用到了FPGA/CPLD器件，那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。使用Verilog将UART的核心功能集成，从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。本文设计一利用FPGA实现的通用异步收发器UART，能实现与PC机之间的串口通信。

1.5基于FPGA串口设计的技术要求

（1）设计出能完成串行数据发送和接收的的串口，可实现与PC机的通讯。 （2）设计波特率为9600bit/s

（3）收发数据帧格式定义为：1位起始位，8位数据位和1位停止位。

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基于FPGA的串口设计

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（4）用modelsim仿真

（共