基于FPGA串口通信的電路和程序設(shè)計

1、 中 北 大 學畢業(yè)設(shè)計中期總結(jié)學 生 姓 名：袁財源學 號：1206044145學 院：儀器科學與技術(shù)專 業(yè)：電子科學與技術(shù)設(shè)計題目：基于FPGA串口通信的電路和程序設(shè)計指導教師:郭濤 2015 年1月5日畢業(yè)設(shè)計中期總結(jié)院系儀器與電子學院班級12060441學生姓名袁財源指導教師郭濤題目名稱：基于FPGA串口通信的電路和程序設(shè)計主要任務(wù)：在了解FPGA原理的基礎(chǔ)上，能夠使用硬件語言設(shè)計出相應(yīng)的控制程序，使其能實現(xiàn)信號的串口傳送與接收，并通過上位機來發(fā)送和顯示信號。本設(shè)計的系統(tǒng)總體框圖如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)總體框圖 （1）查閱相關(guān)資料，了解串口通信的相關(guān)知識； （2）熟悉FPGA的工作原理

2、，掌握HDL語言； （3）掌握ISE軟件，進行硬件語言的編程； （4）設(shè)計以FPGA為核心的串口通信電路，繪制電路原理圖、PCB印制電路版圖,編寫硬件電路的控制程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信；1. 開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果（方案、圖紙、代碼等支撐，任務(wù)書要求與已完成工作對照表）1.設(shè)計方案 RS-232-C總線標準設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。使用RS232串口通信接口模塊的目的是用于電平轉(zhuǎn)換。由于FPGA輸出的TTL電平與串口發(fā)送的電平不一致，因此，采用電平轉(zhuǎn)換器

3、MAX232。MAX232是一種雙組驅(qū)動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器，以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平，來實現(xiàn)RS232信號和單片機串口信號之間的電平轉(zhuǎn)換。其工作電壓3.0-5.5V，可將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232標準電平。從而實現(xiàn)了FPGA與上位機之間的串口通信。 電路主要框圖2. 相關(guān)知識 MAX232芯片結(jié)構(gòu) 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）

4、、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳（T1IN）、10引腳（T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳（T1OUT）、7腳（T2OUT）送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳（R1IN）、8引腳（R2IN）輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳（R1OUT）、9引腳（R2OUT）輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。 RS232 (DB9)引腳定義1 ：DCD :載波檢測。主要用于M

5、odem通知計算機其處于在線狀態(tài)，即Modem檢測到撥號音，處于在線狀態(tài)。2 ：RXD:此引腳用于接收外部設(shè)備送來的數(shù)據(jù)；在你使用Modem時，你會發(fā)現(xiàn)RXD指示燈在閃爍，說明RXD引腳上有數(shù)據(jù)進入。3 ：TXD:此引腳將計算機的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備；在你使用Modem時，你會發(fā)現(xiàn)TXD指示燈在閃爍，說明計算機正在通過TXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)。4 ：DTR:數(shù)據(jù)終端就緒；當此引腳高電平時，通知Modem可以進行數(shù)據(jù)傳輸，計算機已經(jīng)準備好。5 ：GND:信號地；此位不做過多解釋。6 ：DSR:數(shù)據(jù)設(shè)備就緒；此引腳高電平時，通知計算機Modem已經(jīng)準備好，可以進行數(shù)據(jù)通訊了。7 ：RTS:請求發(fā)送；此腳由

6、計算機來控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計算機；否則，Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時放入緩沖區(qū)中。8 ：CTS: 清除發(fā)送；此腳由Modem控制，用以通知計算機將欲傳的數(shù)據(jù)送至Modem。9 ：RI : Modem通知計算機有呼叫進來，是否接聽呼叫由計算機決定。2. 存在的主要問題及解決辦法1）此次設(shè)計中用FPGA作為控制芯片，MAX232的在通信時問題比較復雜，控制起來也有一定的難度。需深入學習硬件描述語言來控制好此芯片。2）對的相關(guān)知識還不是很了解，這一塊知識欠缺的比較多。需在這一塊多花時間學習并掌握。3）仍然沒有具體硬件、軟件設(shè)計，在接下來的時間要具體著手開始實際上的硬件與軟件制作，并經(jīng)過多次的測試與摸索，逐漸做出成品，完成畢設(shè)。 3. 下一步的主要研究任務(wù)、具體設(shè)想與安排以及是否可以按時完成任務(wù)的分析1）PCB版圖設(shè)計：需注意電源濾波及地信號要求、基本布線要求。2）VHDL程序設(shè)計：需進一步學習MAX232芯片的控制方法，串口通信的編程，學習狀態(tài)機的設(shè)計方法