FPGA實現(xiàn)UART和MCU一體化設(shè)計

UART模塊的發(fā)送模塊和接收模塊公用復(fù)位信號、時鐘信號和并行數(shù)據(jù)線，并且有各自的輸入／輸出模塊和控制電路單元。
(1)發(fā)送模塊的設(shè)計。發(fā)送模塊將從微控制器MCU送來的8位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖3所示的數(shù)據(jù)幀格式的串行數(shù)據(jù)發(fā)送出去。該模塊分為3種工作模式：空閑模式、載入數(shù)據(jù)模式、移位模式輸出模式。當(dāng)并行的8位數(shù)據(jù)從微控制器MCU通過數(shù)據(jù)線寫入發(fā)送FIFO(在以下2．1．2節(jié)實現(xiàn))中時，發(fā)送模塊自動將并行數(shù)據(jù)裝入鎖存器THR中，首先發(fā)送起始位0，然后根據(jù)LCR定義的數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)移位，并通過狀態(tài)機和節(jié)拍器實現(xiàn)完整的發(fā)送序列，并以相應(yīng)的波特率從TX發(fā)送出去。發(fā)送模塊的狀態(tài)機FSM如圖5所示。
(2)接收模塊的設(shè)計。接收模塊接收串行輸入的數(shù)據(jù)(見圖3)，然后將其轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)送給微控制器MCU。與發(fā)送模塊相同，也分為3種工作模式：空閑模式，檢測起始位模式、移位輸入模式。首先接收模塊在接收時鐘的控制下，不斷地在RX端口檢測輸入數(shù)據(jù)的起始位，當(dāng)檢測到起始位后，接收模塊由空閑模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐莆惠斎肽Ｊ?。此時通過RX端口進來的串行數(shù)據(jù)可能存在著些許抖動，因此需要添加消抖電路進行處理。消抖處理一般有兩種辦法，一種是在前端添加非門的R8觸發(fā)器來完成，一種是類似軟件的方式控制采集輸入端的數(shù)據(jù)，并將前后采集的數(shù)據(jù)值進行比較，相同則保持，否則繼續(xù)采集比較，這里采用的是后者。當(dāng)接收完數(shù)據(jù)，更新接收緩沖區(qū)狀態(tài)，以提供微控制器MCU查詢，方便讀取數(shù)據(jù)。接收模塊的狀態(tài)機FSME如圖6所示。