串口通信發(fā)送接口-(LED)

1、硬件描述語言 設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目串行通信接收接口(LED) 學(xué)院 電子信息學(xué)院 班級 電子101 梁嘉誠 學(xué)號(hào) 1011002006 設(shè)計(jì)時(shí)間 2021年1月711日引言：隨著電腦系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開展，通信功能越來越顯的重要。這里所說的通信是只電腦與外界的信息交換。因此，通信既包括電腦與外部設(shè)備之間，也包括電腦和電腦之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的 網(wǎng)進(jìn)行信息傳送，因此，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸。對于那些與電腦相距不遠(yuǎn)的人機(jī)交換設(shè)備和串行存儲(chǔ)的外部設(shè)備如終端、打印機(jī)、邏輯分析儀、磁盤等，采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普遍。在實(shí)時(shí)控制

2、和管理方面，采用多臺(tái)微機(jī)處理機(jī)組成分級分布控制系統(tǒng)中，各CPU之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口。許多外設(shè)和電腦按串行方式進(jìn)行通信，這里所說的串行方式，是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，實(shí)際上，CPU與接口之間仍按并行方式工作。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(Electronic Industrial Associate-Recommended Standard 232C)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。232標(biāo)準(zhǔn)與CCITT的V.24根本相同。 它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020,000bit

3、/s范圍內(nèi)、傳輸距離在15m以內(nèi)的通信。由于通信設(shè)備廠商大都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)串行通信接口中廣泛采用。 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)最初是為遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE而制定的。因此，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮電腦系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用于電腦(更準(zhǔn)確地說，是電腦接口)與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。很顯然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及定義和電腦系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾的。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送和“接收，都是站在DTE的立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。由于在電腦系統(tǒng)中，往往是CPU和I/O設(shè)備之間

4、傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發(fā)送或接收 通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人電腦上會(huì)有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。RS-232 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；假設(shè)每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不

5、能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。設(shè)計(jì)原理： 串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線另外需要地線，可能還需要控制線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于電腦與電腦、電腦與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。使用串口通信時(shí)，發(fā)送和接收到的每一個(gè)字符實(shí)際上都是一次一位的傳送的，每一位為1或者為0。 串行通信的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少值只需要一根傳輸線即可完成，節(jié)省傳輸線。與并行通信相比還有較為顯著的優(yōu)點(diǎn)，傳輸距離長，可以幾米到幾千米。在長距離內(nèi)串行數(shù)據(jù)傳送速率比并行數(shù)據(jù)傳送速率快，串行通信的通信時(shí)鐘頻率容易提高，串行通信

6、的干擾能力十分強(qiáng)，其信號(hào)間的互相干擾完全可以忽略。 正是由于串行通信的接線少、本錢低，因此它在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)品也多種多樣。串行通信的分類 串行傳輸中，數(shù)據(jù)時(shí)一位一位按照到達(dá)的順序依次傳輸?shù)模课粩?shù)據(jù)的發(fā)送的接受都需要時(shí)鐘來控制，發(fā)送端通過發(fā)送時(shí)鐘確定數(shù)據(jù)位的開始和結(jié)束，接受端需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔對數(shù)據(jù)流進(jìn)行采樣來正確的識(shí)別數(shù)據(jù)。接收端和發(fā)送端必須保持步調(diào)一致，否那么數(shù)據(jù)傳輸就會(huì)出現(xiàn)過失。為了解決以上問題，串行通信可采用以下兩種方法：同步通信和異步通信。同步通信： 同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同，通

7、常含有假設(shè)干個(gè)數(shù)據(jù)字符。 它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符CRC組成。其中同步字符位于幀開頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開始。數(shù)據(jù)字符在同步字符之后，個(gè)數(shù)沒有限制，由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長度來決定；校驗(yàn)字符有1到2個(gè)，用于接收端對接收到的字符序列進(jìn)行正確性的校驗(yàn)。同步通信的缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步。 異步通信：串行異步通信即RS232通信，是主機(jī)與外部硬件設(shè)備的常用通訊方式?？梢噪p向傳輸。 異步通信中，在異步通行中有兩個(gè)比較重要的指標(biāo)：字符幀格式和波特率。數(shù)據(jù)通常以字符或者字節(jié)為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端逐幀發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備逐幀接收。發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來

8、控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。 接收端檢測到傳輸線上發(fā)送過來的低電平邏輯"0"即字符幀起始位時(shí)，確定發(fā)送端已開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每當(dāng)接收端收到字符幀中的停止位時(shí)，就知 道一幀字符已經(jīng)發(fā)送完畢。 異步通信中典型的幀格式是：1位起始位，7位或8位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗(yàn)位，2位停止位。串行通信的工作模式通過單線傳輸信息是串行數(shù)據(jù)通信的根底。三種傳送模式：單工、半雙工、全雙工。1、單工形式：單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的。通信雙方中，一方固定是發(fā)送端，另一方那么固定是接收端，使用一根傳輸線，如圖1-2所示。單工形式2. 半雙工形式：半雙工通信使用同一根傳輸線，即可發(fā)送數(shù)

9、據(jù)又可接受數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)發(fā)送和接受。在任何時(shí)刻只鞥由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接受數(shù)據(jù)。因此半雙工形式既可以使用 一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線。如圖1-3所示。半雙工形式半雙工通信中每個(gè)端口都需要有一個(gè)收/發(fā)切換電子開關(guān)，通過切換來決定數(shù)據(jù)向哪個(gè)方向傳輸。因?yàn)橛星袚Q，所以會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，信息傳輸效率較低。3、全雙工形式：RS-232全雙工數(shù)據(jù)通信分別由兩根可以在兩個(gè)不同的端點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收的傳輸線進(jìn)行傳送，通信雙方都能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作。如圖1-4所示。全雙工形式在全雙工形式中，每一端都有發(fā)送器和接收器，有兩條傳送線，可在交互式應(yīng)用和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中使用，信息傳輸效率較高。UAR

10、T通信協(xié)議 在異步通信中，是以字符為單位傳送數(shù)據(jù)，是從低位到高位逐位傳送，一個(gè)字符表示一幀信息。串行異步通信協(xié)議中字符代碼傳輸格式如圖2.3所示，通常UART的一幀數(shù)據(jù)由四局部組成：一個(gè)起始位S一般邏輯為“0，后面是數(shù)據(jù)長度可變的數(shù)據(jù)位D0D7(一般為6位到8位之間可變，數(shù)據(jù)的低位在前)，一個(gè)可選的校驗(yàn)位PB可選奇校驗(yàn)、偶檢驗(yàn)或不需要檢驗(yàn)，隨后是一定長度的停止位P可選1位、1.5位、或2位,停止位必須為邏輯“1。在沒有數(shù)據(jù)被傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)線會(huì)一直處于邏輯“1狀態(tài)。 由于沒有共享時(shí)鐘信號(hào)，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，收發(fā)雙方必須協(xié)商好一個(gè)數(shù)據(jù) 傳輸?shù)牟ㄌ芈?，也就是說，UART接收端應(yīng)該知道發(fā)送端發(fā)送數(shù)

11、據(jù)的波特率相應(yīng)的發(fā)送端也需要知道接收端的波特率。在大多數(shù)情況下，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)的波特率是相同的。UART發(fā)送端按照低位在前，高位在后的順序移位輸出數(shù)據(jù)。一旦在初始化過程中，雙方協(xié)商好了通信的波特率，收發(fā)雙方的內(nèi)部時(shí)鐘都設(shè)定在同一波特率但時(shí)鐘的相位不同。在一個(gè)UART包傳輸開始，接收端將它的內(nèi)部時(shí)鐘調(diào)整到與發(fā)送端同步。這樣接收端就可以在每一位的中心位置對數(shù)據(jù)位進(jìn)行采樣，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。設(shè)計(jì)內(nèi)容：串行通信接收接口LED根本要求：掌握RS232串口的協(xié)議，運(yùn)用DE2的串口進(jìn)行接收PC的數(shù)據(jù)。波特率為9600,8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)，一個(gè)停止位。 硬件驗(yàn)證要求：在PC機(jī)通過“串行通信調(diào)試助手

12、軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，DE2通過串口接收數(shù)據(jù)，完成接收數(shù)據(jù)后在LED上面進(jìn)行顯示。在完成根本要求的根底上，可以通過撥碼開關(guān)來選擇奇偶校驗(yàn)的類別。流程圖： 接收模塊流程圖：程序：/分頻模塊 module clk_div (clk_in,nreset,clk_out); input clk_in; input nreset; output clk_out; reg clk_out=0; reg 8:0cnt=0; parameter T = 217; always (posedge clk_in or negedge nreset) begin if(nreset = 0) begin cnt <=

13、 0; clk_out <= 0; end else if(cnt = T) begin clk_out <= clk_out; cnt <=0; end else cnt<=cnt+1; endendmodule/接收模塊module rx(clk,nreset,rxd,data);input clk,rxd,nreset; /clk=0.1152MHzoutput 7:0 data;reg 3:0 t;reg 3:0 s; reg 7:0 data0; reg 7:0 data; always (posedge clk or negedge nreset ) /ba

14、ud=9600hzif(nreset =0) begin data <= 8'h00; s <= 0; t <= 0; data0 <= 8'h00; endelse begin case(s) 0:if(rxd=1)begin s<=1;t<=0;end 1:if(rxd=0)begin s<=2;t<=t+1;end 2:if(t=6) begin if(rxd=0) begin s<=3;t<=0;end else begin s<=1;t<=0; end end else t<=t+1; 3:

15、if(t=11) begin data00<=rxd;t<=0;s<=4;end else t<=t+1; 4:if(t=11) begin data01<=rxd;t<=0;s<=5;end else t<=t+1; 5:if(t=11) begin data02<=rxd;t<=0;s<=6;end else t<=t+1; 6:if(t=11) begin data03<=rxd;t<=0;s<=7;end else t<=t+1; 7:if(t=11) begin data04<=rx

16、d;t<=0;s<=8;end else t<=t+1; 8:if(t=11) begin data05<=rxd;t<=0;s<=9;end else t<=t+1; 9:if(t=11) begin data06<=rxd;t<=0;s<=10;end else t<=t+1; 10:if(t=11) begin data07<=rxd;t<=0;s<=11;end else t<=t+1; 11: begin if(t=11) begin if(rxd=1) begin t<=0;s<=

17、0; data<=data0;end else begin t<=0;s<=0;end end else t<=t+1; end default:begin t<=0;s<=0;end endcase end endmodule /顯示模塊 module HEX(SW,HEX1,HEX0); input 7:0SW; output reg6:0HEX1,HEX0; parameter seg0 = 7'b1000000, seg1 = 7'b1111001, seg2 = 7'b0100100, seg3 = 7'b01100

18、00, seg4 = 7'b0011001, seg5 = 7'b0010010, seg6 = 7'b0000010, seg7 = 7'b1111000, seg8 = 7'b0000000, seg9 = 7'b0010000, sega = 7'b0001000, segb = 7'b0000011, segc = 7'b1000110, segd = 7'b0100001, sege = 7'b0000110, segf = 7'b0001110; always (*)begincase(

19、SW7:4)4'h0: HEX16:0 = seg0; 4'h1: HEX16:0 = seg1; 4'h2: HEX16:0 = seg2; 4'h3: HEX16:0 = seg3; 4'h4: HEX16:0 = seg4; 4'h5: HEX16:0 = seg5; 4'h6: HEX16:0 = seg6;4'h7: HEX16:0 = seg7; 4'h8: HEX16:0 = seg8; 4'h9: HEX16:0 = seg9; 4'ha: HEX16:0 = sega; 4'hb:

20、 HEX16:0 = segb; 4'hc: HEX16:0 = segc; 4'hd: HEX16:0 = segd; 4'he: HEX16:0 = sege; 4'hf: HEX16:0 = segf; default:HEX16:0 = seg0; endcase case(SW3:0)4'h0: HEX06:0 = seg0; 4'h1: HEX06:0 = seg1; 4'h2: HEX06:0 = seg2; 4'h3: HEX06:0 = seg3; 4'h4: HEX06:0 = seg4; 4'h5: HEX06:0 = seg5; 4'h6: HEX06:0 = seg6;4'h7: HEX06:0 = seg7; 4'h8: HEX06:0 = seg8; 4'h9: HEX06:0 = seg9; 4'ha: HEX06:0 = sega; 4