基于FPGA串口通信的電路和程序設(shè)計(jì).doc

中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)中期總結(jié)學(xué) 生 姓 名：袁財(cái)源學(xué) 號(hào)：1206044145學(xué) 院：儀器科學(xué)與技術(shù)專 業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)題目：基于FPGA串口通信的電路和程序設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:郭濤 2015 年1月5日畢業(yè)設(shè)計(jì)中期總結(jié)院系儀器與電子學(xué)院班級(jí)12060441學(xué)生姓名袁財(cái)源指導(dǎo)教師郭濤題目名稱：基于FPGA串口通信的電路和程序設(shè)計(jì)主要任務(wù)：在了解FPGA原理的基礎(chǔ)上，能夠使用硬件語(yǔ)言設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制程序，使其能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的串口傳送與接收，并通過(guò)上位機(jī)來(lái)發(fā)送和顯示信號(hào)。本設(shè)計(jì)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(shí)； （2）熟悉FPGA的工作原理，掌握HDL語(yǔ)言； （3）掌握ISE軟件，進(jìn)行硬件語(yǔ)言的編程； （4）設(shè)計(jì)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(xiě)硬件電路的控制程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信；1. 開(kāi)題以來(lái)所做的具體工作和取得的進(jìn)展或成果（方案、圖紙、代碼等支撐，任務(wù)書(shū)要求與已完成工作對(duì)照表）1.設(shè)計(jì)方案 RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)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MAX232。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器，以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA-232-E電平，來(lái)實(shí)現(xiàn)RS232信號(hào)和單片機(jī)串口信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)電平。從而實(shí)現(xiàn)了FPGA與上位機(jī)之間的串口通信。 電路主要框圖2. 相關(guān)知識(shí) 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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、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(cè)。主要用于Modem通知計(jì)算機(jī)其處于在線狀態(tài)，即Modem檢測(cè)到撥號(hào)音，處于在線狀態(tài)。2 ：RXD:此引腳用于接收外部設(shè)備送來(lái)的數(shù)據(jù)；在你使用Modem時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)RXD指示燈在閃爍，說(shuō)明RXD引腳上有數(shù)據(jù)進(jìn)入。3 ：TXD:此引腳將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備；在你使用Modem時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)TXD指示燈在閃爍，說(shuō)明計(jì)算機(jī)正在通過(guò)TXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)。4 ：DTR:數(shù)據(jù)終端就緒；當(dāng)此引腳高電平時(shí)，通知Modem可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好。5 ：GND:信號(hào)地；此位不做過(guò)多解釋。6 ：DSR:數(shù)據(jù)設(shè)備就緒；此引腳高電平時(shí)，通知計(jì)算機(jī)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊了。7 ：RTS:請(qǐng)求發(fā)送；此腳由計(jì)算機(jī)來(lái)控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)；否則，Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時(shí)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(jì)算機(jī)將欲傳的數(shù)據(jù)送至Modem。9 ：RI : Modem通知計(jì)算機(jī)有呼叫進(jìn)來(lái)，是否接聽(tīng)呼叫由計(jì)算機(jī)決定。2. 存在的主要問(wèn)題及解決辦法1）此次設(shè)計(jì)中用FPGA作為控制芯片，MAX232的在通信時(shí)問(wèn)題比較復(fù)雜，控制起來(lái)也有一定的難度。需深入學(xué)習(xí)硬件描述語(yǔ)言來(lái)控制好此芯片。2）對(duì)的相關(guān)知識(shí)還不是很了解，這一塊知識(shí)欠缺的比較多。需在這一塊多花時(shí)間學(xué)習(xí)并掌握。3）仍然沒(méi)有具體硬件、軟件設(shè)計(jì)，在接下來(lái)的時(shí)間要具體著手開(kāi)始實(shí)際上的硬件與軟件制作，并經(jīng)過(guò)多次的測(cè)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(shí)完成任務(wù)的分析1）PCB版圖設(shè)計(jì)：需注意電源濾波及地信號(hào)要求、基本布線要求。2）VHDL程序設(shè)計(jì)：需進(jìn)一步學(xué)習(xí)MAX232芯片的控制方法，串口通信的編程，學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法