1 设计概述。
实验功能：实现rs232的双工通信。
实验环境：1）硬件环境：pc机一台、ml507pfga开发套件；2）软件环境：
开发软件ise14.5、**编写软件notepad++、**软件modelsim、调试软件chipscope、串口调试工具。
2 设计原理。
2.1 串行接口rs232工作原理。
串口用来连接fpga和pc机，rs-232允许全双工通信，即计算机在接收数据的同时可以发送数据。串口按位（bit）发送和接收字节。通常以8位数据为1组，先发送最低有效位，最后发送最高有效位。
尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。
通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
其他线用于握手，但不是必须的。数据的传输没有时钟信号，接收端必须采取某种方式，使之与接收数据同步。
1）串行线缆的两端先约定好串行传输的参数（传输速度、传输格式等）；
2）当没有数据传输的时候，发送端向数据线上发送"1"；
3）每传输一个字节之前，发送端先发送一个"0"来表示传输已经开始，这样接收端便可以知道有数据到来了；
图1 数据帧结构。
4）开始传输后，数据以约定的速度和格式传输，所以接收端可以与之同步；
5）在串口总线上‘高电平’是默认的状态，当一帧数据开始传输必须先拉低电平，这就是起始位，起始位之后是8位数据位，最后是校验位和停止位（可不加校验位）。传输完成一个字节之后，都在其后发送一个停止位("1")。图1)
2.2 波特率发生器。
波特率是串口传输的传输速度；在微观上就是一个位的周期。常用的波特率有9600bps和115200bps。“9600bps”表示每秒可以传输9600位。
本次实验我所选用的传输速率为9600bps。由于我们的fpga通常运行在远高于9600hz的频率上（100mhz），因此需要分频产生接近9600hz的时钟信号。若fpga时钟为100mhz，则需要100m/9600=10416个时钟周期置位一次就可以得到9600hz的时钟。
3 模块组成。
3.1接收模块。
接收模块示意图（图2）
图2 接收模块示意图。
串口接收包括三个模块：电平检测模块，用来检测数据开始，当检测到输入信号rx_pin_in有下降沿时，可以判断信号到来，h2l_sig信号输出为高电平通知接收控制模块准备接收数据；波特率定时模块，用来产生波特率（9600bps）；接收控制模块，用来控制接收开始和结束。rx_en_sig为高电平时，若电平检测模块检测到有数据输入，则发出h2l_sig高电平信号，接收控制模块输出count_sig信号，波特率定时模块开始计数。
为了确保采集到的数据的准确性，数据采集都是在每位数据的中间进行着（图3）。为使采集信号出现在数据位中间，决定每次计数到5208产生一个采集信号bps_clk，持续一个时钟周期，计数到10416时计数器清零并重新计数，这样采集信号周期不变，准确度提高。
图3 数据定时采集示意图。
接收控制模块将8位数据位并行输出，输出rx_done_sig信号表示一帧数据结束，发送模块可以接收来自rx_data的数据。
3.1.1 detect_
detect_这个功能模块是为了检查电平由高变低。当检测到电平又高变低，在第40行就会输出高脉冲。
3.1.2 rx_bps_
波特率定时模块，用来产生波特率，其原理同计数器。当rx_control_拉高count_sig, bps_经bps_clk对 rx_control_ 产生定时。
3.1.3 rx_control_
rx_control_是核心控制模块，用来控制接收开始和结束。对串口的配置主要是1帧11位的数据，重视八位数据位，无视起始位，校验位和结束位。当rx_en_sig拉高，这个模块就开始工作，它将采集来自rx_pin_in的数据，当完成一帧数据接收的时候，就会产生一个高脉冲给 rx_done_sig。
44~62行是rx_control_的核心控制功能。当rx_control_模块被使能，该模块就会处于就绪状态，一旦detect_检查到又高变低的电平变化（47行），会使步骤i进入第0位采集，然而iscount 标志寄存器同时也会被设置为逻辑1，rx_bps_ 便会开始产生波特率的定时。
3.1.4 rx_
rx_是一个组合模块，主要是包含detect_ ,bps_和 rx_control_个功能模块，和1个组合模块。完成对三个模块的例化及信号传递。
3.2 发送模块。
发送模块示意图（图4）
图4 发送模块示意图。
发送模块包括波特率定时模块，当tx_en_sig低电平时不工作，高电平时开始计数，然后产生一个高脉冲经bps_clk输出给发送控制模块；发送控制模块在tx_en_sig高电平时，每收到一个bps_clk，将tx_data的数据，由tx_pin_out输出。当一帧数据发送完毕后，产生一个tx_done_sig的高脉冲（图5）。
图5 数据定时发送示意图。
3.2.1 tx_bps_
tx_bps_同样是作为“定时”的功能。当tx_en_sig拉低电平的时候，它是处于随眠的状态。一旦tx_en_sig拉高电平，那么tx_bps_就开始计数。
然后定时产生一个高脉冲经bps_clk给tx_control_程序与rx_bps_基本相同。
3.2.2 tx_control_
tx_control_控制模块是最为中心的一部分，当tx_en_sig拉高电平，同时间tx_bps_也会开始计数。tx_control_将tx_data的值，按tx_bps_产生的定时，有节奏的往tx_pin_out发送。当一帧数据发送完毕后，就产生一个tx_done_sig的高脉冲。
3.2.3 tx_
4 功能**。
4.1 接收模块**。
4.1.1 接收模块验证程序。
增加一个control_模块，一开始control_会拉高 rx_en_sig使能rx_当有一阵数据经rx_pin_in传入，rx_就会接收然后将输出输出致rx_data , 再产生一个高脉冲给rx_done_sig。当control_ 接收到rx_done_sig的高脉冲，就会将rx_data的“前四位”输出致4位led资源。rx_module_为一组合模块，完成对control_和rx_的例化。
tb_rx_为测试文件。
1）control_
一开始的时候（36行）就将isen设置为逻辑1, 这个标志寄存器在38行驱动着 rx_en_sig,即此时的rx_已经进入就绪状态，control_等待着 rx_done_sig的通知（34行）。一旦一帧数据接收完毕，rx_done_sig就会产生高脉冲， 然后rdata被赋予rx_data的值，同时isen被设置为逻辑0（35行）。在下一瞬间， control_再一次设置isen为逻辑1，做好接收下一组数据的准备。
2）rx_module_略）
3）tb_rx_
测试文件输出的数据为“1111_1111”。
4.1.2 modelsim的**。
**结果（图6）
图6 接收模块验证**结果。
可以看出，该程序能够正确判断数据帧的起始位和终止位，正确接收了数据帧“1111_1111”，并将高四位赋给了number_data，来控制四个led灯。
4.2 发送模块**。
4.2.1 发送模块验证程序。
增加一个control_模块，主要是每秒往tx_发送0x31的数据。一开始control_往tx_data输出数据，然后拉高tx_done_sig使 tx_开始工作。当 tx_ 发往一帧数据以后，就会对 tx_done_sig 产生一个高脉冲，以示发送完毕。
tx_module_为一组合模块，完成对control_和tx_的例化。tb_tx_为测试文件。
1）control_
第28行是1秒的定义常量，在30~36行是1秒的定时器。control_主要是每秒发送0x31的数据，也就是每秒设置一次 isen标志寄存器。当isen被设置后，tx_就会开始工作，发完一帧数据位tx_done_sig会产生高脉冲。
这使得control_会重新赋值rdata寄存器，然后复位isen标志寄存器。直到下一秒的到来，isen标志寄存器会再一次被设置。
2）tx_略）
3）tb_tx_
4.2.2实验**。
为了便于**，将常量t1s=25’d19_999。**结果（图7）
图7 发送模块验证**结果。
可以看出，tx_pin_out正确发送起始位“0”，数据位“1000_1100”，终止位“1”。
5 总结。
2 23答题纸
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