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- UID
- 1029342
- 性别
- 男
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过采样到0开始传输，紧跟8位数据，然后上拉1结束。让我们来看看0x55是如何传输的:
0x55的二进制表示为：01010101。
但是由于先发送的是最低有效位，所以发送序列是这样的: 1-0-1-0-1-0-1-0.
电缆上的信号使用正负电压的机制:
"1" 用 -10V 的电压表示(或者在 -5V 与 -15V之间的电压).
"0" 用 +10V 的电压表示(或者在 5V 与 15V之间的电压).
所以没有数据传输的电缆上的电压应该为-10V或-5到-10之间的某个电压。
波特率发生器
这里我们使用串行连接的最大速度115200波特，其他较慢的波特也很容易由此产生。
FPGA通常运行在远高于115200Hz的时钟频率上（对于今天的标准的来说RS-232真是太慢了），这就意味着我们需要用一个较高的时钟来分频产生尽量接近于115200Hz的时钟信号。
从1.8432MHz的时钟产生
通常RS-232芯片使用1.8432MHz的时钟，以为这个时钟很容易产生标准的波特率，所以我们假设已经拥有了一个这样的时钟源。
只需要将 1.8432MHz 16分频便可得到 115200Hz的时钟，多方便啊！
reg [3:0] BaudDivCnt;
always @(posedge clk) BaudDivCnt <= BaudDivCnt + 1;
wire BaudTick = (BaudDivCnt==15);
所以 "BaudTick" 每16个时钟周期需要置位一次，从而从1.8432MHz的时钟得到115200Hz的时钟。
从任意频率产生
早期的发生器假设使用1.8432MHz的时钟。但如果我们使用2MHz的时钟怎么办呢？要从2MHz的时钟得到 115200Hz，需要将时钟 "17.361111111..." 分频，并不是一个整数。我的解决办法是有时候17分频，有时候18分频，使得整体的分频比保持在 "17.361111111"。这是很容易做到的。
下面是实现这个想法的C语言代码:
while(1) // 死循环
{
acc += 115200;
if(acc >=2000000) printf("*"); else printf(" ");
acc %= 2000000;
}
这段代码会精确的以平均每 "17.361111111..." 个时钟间隔打印出一个"*"。
为了从FPGA得到同样的效果，考虑到串行接口可以容忍一定的波特率误差，所以即使我们使用17.3或者17.4这样的分频比也是没有关系的。
FPGA波特率发生器
我们希望2000000是2的整数幂，但很可惜，它不是。所以我们改变分频比，"2000000/115200" 约等于 "1024/59" = 17.356. 这跟我们要求的分频比很接近，并且使得在FPGA上实现起来相当有效。
//10 位的累加器 ([9:0]), 1位进位输出 ([10])
reg [10:0] acc; //一共11位!
always @(posedge clk)
acc <= acc[9:0] + 59; //我们使用上一次结果的低10位，但是保留11位结果
wire BaudTick = acc[10]; //第11位作为进位输出
使用 2MHz 时钟, "BaudTick" 为 115234 波特, 跟理想的115200波特存在 0.03% 的误差。
参数化的FPGA波特率发生器
前面的设计我们使用的是10位的累加器，如果时钟频率提高的话，需要更多的位数。
下面是一个使用 25MHz 时钟和 16 位累加器的设计，该设计是参数化的，所以很容易根据具体情况修改。
parameter ClkFrequency = 25000000; // 25MHz
parameter Baud = 115200;
parameter BaudGeneratorAccWidth = 16;
parameter BaudGeneratorInc = (Baud<<BaudGeneratorAccWidth)/ClkFrequency;
reg [BaudGeneratorAccWidth:0] BaudGeneratorAcc;
always @(posedge clk)
BaudGeneratorAcc <= BaudGeneratorAcc[BaudGeneratorAccWidth-1:0] + BaudGeneratorInc;
wire BaudTick = BaudGeneratorAcc[BaudGeneratorAccWidth];
上面的设计中存在一个错误: "BaudGeneratorInc"的计算是错误的, 因为 Verilog 使用 32 位的默认结果, 但实际计算过程中的某些数据超过了32位，所以改变一种计算方法。
parameter BaudGeneratorInc = ((Baud<<(BaudGeneratorAccWidth-4))+(ClkFrequency>>5))/(ClkFrequency>>4);
这行程序也使得结果成为整数，从而避免截断。
这就是整个的设计方法了。
现在我们已经得到了足够精确的波特率，可以继续设计串行接收和发送模块了。
RS-232发送模块
下面是我们所想要实现的:
它应该能像这样工作:
发送器接收8位的数据，并将其串行输出。("TxD_start"置位后开始传输).
当有数传输的时候，使"busy"信号有效，此时“TxD_start”信号被忽略.
RS-232模块的参数是固定的: 8位数据, 2个停止位, 无奇偶校验.
数据串行化
假设我们已经有了一个115200波特的"BaudTick"信号.
我们需要产生开始位、8位数据以及停止位。
用状态机来实现看起来比较合适。 |
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