FPGA開發(fā)實(shí)用教程基千Xilinx和Verilog HDL -習(xí)題及答案 ch08 串口通信實(shí)驗(yàn)

串口通信實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)述同步通信和異步通信的特點(diǎn)，UART通信屬于這兩種通信方式中的哪一種？異步通信收發(fā)設(shè)備使用各自的時(shí)鐘。異步通信在發(fā)送字符時(shí),所發(fā)送的字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。接收端必須時(shí)刻做好接收的準(zhǔn)備。發(fā)送端可以在任意時(shí)刻開始發(fā)送字符,為保證收發(fā)雙方同步,每個(gè)字符的開始和結(jié)束的地方必須加上標(biāo)志,即加上起始位和停止位,以便使接收端能夠正確地將每一個(gè)字符接收下來。特點(diǎn):由于不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘嚴(yán)格一致,因此容易實(shí)現(xiàn),通信設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜。但為保證收發(fā)雙方同步,每個(gè)字符均需附加起始位、停止位,因此傳輸效率不高。同步通信發(fā)送與接收設(shè)備使用同一個(gè)時(shí)鐘,雙方本身完全同步,從理論上說,不需要人為增加同步措施,但實(shí)際上還是要增加一些同步措施的(同步通信把幾十到幾千個(gè)字符組成一個(gè)幀,每幀的開始要附加同步字符)。異步通信在發(fā)送字符時(shí),所發(fā)送的字符之間沒有時(shí)間間隔。特點(diǎn):收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的字符,傳輸效率高,特別適合批量數(shù)據(jù)的傳送;但它要求在通信中保持精確的同步,實(shí)現(xiàn)較異步通信復(fù)雜。UART屬于異步通信。簡(jiǎn)述UART物理層和數(shù)據(jù)幀格式。數(shù)據(jù)幀格式：UART通信將數(shù)據(jù)劃分為連續(xù)的數(shù)據(jù)幀。每個(gè)數(shù)據(jù)幀包括起始位（StartBit）、數(shù)據(jù)位（DataBits）、可選的奇偶位（ParityBit）和停止位（StopBit）。起始位標(biāo)識(shí)了數(shù)據(jù)幀的開始，數(shù)據(jù)位是要傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，奇偶校驗(yàn)位用于檢測(cè)和糾正傳輸錯(cuò)誤，停止位表示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束。假設(shè)要進(jìn)行通信的字符格式為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇校驗(yàn)位和1個(gè)停止位，請(qǐng)畫出通信時(shí)字符"C"的幀格式。根據(jù)給定的字符格式，畫出字符"C"的幀格式如下：```起始位數(shù)據(jù)位奇校驗(yàn)位停止位------------------------------------------------00100001111```解釋每個(gè)部分的含義：-起始位（StartBit）：始終為邏輯0，用于標(biāo)識(shí)一個(gè)字符數(shù)據(jù)的開始。-數(shù)據(jù)位（DataBits）：以二進(jìn)制形式表示字符數(shù)據(jù)。對(duì)于字符"C"，對(duì)應(yīng)的ASCII碼是67，二進(jìn)制表示為01000011。-奇校驗(yàn)位（ParityBit）：校驗(yàn)位用于在傳輸過程中檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。對(duì)于奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位被設(shè)置為使數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)（包括校驗(yàn)位本身）為奇數(shù)。在這個(gè)例子中，數(shù)據(jù)位中有三個(gè)1，所以奇校驗(yàn)位被設(shè)置為1。-停止位（StopBit）：始終為邏輯1，用于標(biāo)識(shí)一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束。所以，字符"C"的幀格式為：起始位（0），數(shù)據(jù)位（01000011），奇校驗(yàn)位（1），停止位（1）。實(shí)際通信時(shí)，這個(gè)幀格式會(huì)按照一定的時(shí)間間隔被傳輸出去，接收端會(huì)解析這些位并還原成字符數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)位為8位，無校驗(yàn)位，停止位為1位，波特率為9600baud,那么每20ms最多可以發(fā)送多少字節(jié)數(shù)據(jù)？要計(jì)算每20毫秒最多可以發(fā)送多少字節(jié)數(shù)據(jù)，我們首先需要確定每秒鐘能夠發(fā)送的位數(shù)（baudrate），然后將其轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)。給定的條件如下：-數(shù)據(jù)位為8位-無校驗(yàn)位-停止位為1位-波特率為9600baud（即9600位每秒）首先，我們需要計(jì)算每位的時(shí)間長(zhǎng)度（bittime）：bittime=1/波特率在本例中，bittime=1/9600≈0.0001041667秒然后，計(jì)算每字節(jié)發(fā)送所需的時(shí)間（bytetime）：bytetime=(8+0+1)xbittime其中，8表示數(shù)據(jù)位數(shù)，0表示無校驗(yàn)位，1表示停止位。在本例中，bytetime=(8+0+1)x0.0001041667≈0.0009375秒現(xiàn)在，我們可以計(jì)算每20毫秒（0.020秒）最多可以發(fā)送多少字節(jié)數(shù)據(jù)：maximumbytes=0.02/bytetime在本例中，maximumbytes=0.020/0.0009375≈21.3333因此，每20毫秒最多可以發(fā)送約21字節(jié)的數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，這是一個(gè)理論上的最大值，實(shí)際情況可能受到其他因素的影響，如通信協(xié)議的開銷、系統(tǒng)延遲等。在u_uart_trans模塊中，為什么在發(fā)送完停止位后還要連續(xù)發(fā)送3次才跳轉(zhuǎn)到TX_IDLE狀態(tài)？在UART協(xié)議中，發(fā)送完一個(gè)字符的停止位后，通常存在一些時(shí)鐘周期的間隔，以確保接收方能夠正確接收到停止位后的信號(hào)。這個(gè)間隔被稱為"發(fā)送延遲"或"發(fā)送間隔"。發(fā)送延遲是為了保證接收方能夠在完整接收停止位后進(jìn)行下一字符的接收。這種設(shè)計(jì)可以在接收方的采樣點(diǎn)提供一定的冗余時(shí)間，以提高接收的可靠性和準(zhǔn)確性。通常，發(fā)送延遲的長(zhǎng)度是以時(shí)鐘周期計(jì)算的。連續(xù)發(fā)送3次是為了確保在不同的時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的發(fā)送延遲，以滿足各種接收端設(shè)備的要求。通過發(fā)送額外的位數(shù)，可以提供更長(zhǎng)的