毕业论文：基于vhdl的uart设计

毕业论文：基于vhdl的uart设计内容摘要：

ECP，大多数PC机配有4位或8位的并口，许多利用Intel386芯片组的便携机配有EPP口，支持全部IEEE1284并口规格的计算机配有ECP并口。 标准并行口有4位、8位、半8位:4位口一次只能输入4位数据，但可以输出8位数据；8位口可以一次输入和输出8位数据；半8位也可以。 EPP口（增强并行口）:由Intel等公司开发，允许8位双向数据传送，可以连接各种非打印机设备，如扫描仪、LAN适配器、磁盘驱动器和CDROM 驱动器等。 ECP口（扩展并行口）:由Microsoft、HP公司开发，能支持命令周期、数据周期和多个逻辑设备寻址，在多任务环境下可以使用DMA（直接存储器 访问）。 目前几乎所有的586机的主板都集成了并行口插座，标注为 Paralle1或LPT1，是一个26针的双排针插座。 计算机的另一种标准接口是串行口，现在的PC机一般至少有两个串行口COM1和COM2。 串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。 这样，虽然速度会慢一些，但传送距离较并行口更长，因此长距离的通信应使用串行口。 通常COM1使用的是9针D形连接器，而COM2有些使 用的是老式的DB25针连接器。 1）IDE接口　　IDE接口也叫做ATA端口，只可以接两个容量不超过528M的硬盘驱动器，接口的成本很低，因此在38486时期非常流行。 但大多数IDE接口不支持DMA数据传送，只能使用标准的PCI／O端口指令来传送所有的命令、状态、数据。 几乎所有的586主板上都集成了两个40针的双排针IDE接口插座，分别标注为IDE1和IDE2。 2）EIDE接口　　EIDE接口较IDE接口有了很大改进，是目前最流行的接口。 首先，它所支持的外设不再是2个而是4个了，所支持的设备除了硬盘，还包括CD－ROM驱动器磁盘备份设备等。 其次，EIDE标准取消了528MB的限制，代之以8GP限制。 第三，EIDE有更高的数据传送速率，支持PIO模式3和模式4标准。 SCSI（SmallComputerSystemInterface）小计算机系统接口，在做图形处理和网络服务的计算机中被广泛采用SCSI接口的硬盘。 除了硬盘以外，SCSI接口还可以连接CD－ROM驱动器、扫描仪和打印机等，它具有以下特点：　　.可同时连接7个外设；　　.总线配置为并行8位、16位或32位；　　.（）；　　.更高的数据传输速率，IDE是2MB每秒，SCSI通常可以达到5MB每秒，FASTSCSI（SCSI－2）能达到10MB每秒，最新的SCSI－3甚至能够达到40MB每秒，；　　.成本较IDE和EIDE接口高很多，而且，SCSI接口硬盘必须和SCSI接口卡配合使用，SCSI接口卡也比IED和EIDE接口贵很多。 .SCSI接口是智能化的，可以彼此通信而不增加CPU的负担。 在IDE和EIDE设备之间传输数据时，CPU必须介入，而SCSI设备在数据传输过程中起主动作用，并能在SCSI总线内部具体执行，直至完成再通知CPU。 最新的USB串行接口标准是由Microsoft、Intel、Compaq、IBM等大公司共同推出，它提供机箱外的热即插即用连接，用户在连接外设时不用再打开机箱、关闭电源，而是采用“级联”方式，每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座给下一个USB设备使用，通过这种方式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而每个外设间的距离可达5米。 USB统一的4针圆形插头将取代机箱后的众多的串/并口（鼠标、MODEM）键盘等插头。 USB能智能识别USB链上外围设备的插入或拆卸。 除了能够连接键盘、鼠标等，USB还可以连接ISDN、电话系统、数字音响、打印机以及扫描仪等低速外设。 6．其它接口 除了上述的接口外，还有一些其他的接口也是经常使用的，比如用于连接键盘的PS/2,用于支持无线传输的红外、蓝牙接口，以及PC电脑上常见的音频输入/输出、视频输入/输出接口等。 接口的控制方式　　CPU通过接口对外设进行控制的方式有以下几种：　　1）程序查询方式　　这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。 这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低。 2）中断处理方式　　在这种方式下，CPU不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向CPU提出服务请求，CPU如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。 中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。 但需要为每个I／O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器（I／O接口芯片）管理I／O设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。 此外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，花费的工作量很大，这样如果需要大量数据交换，系统的性能会很低。 3）DMA（直接存储器存取）传送方式DMA最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须CPU介入，大大提高CPU的工作效率。 在进行DMA数据传送之前，DMA控制器会向CPU申请总线控制权，CPU如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由DMA控制器掌握，在传输结束后，DMA控制器将总线控制权交还给CPU。 RS232川口通信简介 串行通信概述在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。 1969年，美国电子工业协会（EIA）将RS232定为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备（DTE)和数据通信设备（DCE）将按位串行传输的接口信息，合理的安排了接口的电气信号和机械要求，适合于数据传输速率在020000bit/s范围内的通信。 RS232作为一种标准接口，不仅被内置于每一台计算机中，同时也被内置于各种的外设中。 RS232具有以下的几个优点： .使用广泛，几乎每一台PC都会有一台或者多个RS232接口；.连接距离可达15m；.实现简单，RS232用于双向连接，只需要3条导线。 除了RS232标准，美国电子工业协会（EIA）还制定了RS232与RS485标准。 RS422由RS232发展而来，它视为弥补RS232不足而提出的。 RS422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提升到10Mbit/s, 传输距离延长到4000英尺（速率低于100kbit/s）,并允许在一天平衡总线上连接最多10各连接器。 RS422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA422A标准。 为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS433基础上制定了RS485标准，增强了多点、双向通信能力，即允许多个收发器连到同一条总线上，同时增强了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，命名为RS485标准。 RS232，RS422与RS485的电气参数如表21所示。 表21 RS232，RS422与RS485的电气参数规定RS232RS422RS485工作方式单端差分差分节点数1收1发1发10收1法32收最大传输电缆长度50英尺400英尺400英尺最大传输速率20kbit/s10Mbit/s10Mbit/s最大驱动输出电压+/25V~+6V7V~+12V驱动器输出信号电平（附在最小值）+/5V~+/15V+/+/驱动器输出信号电平（空载最大值）+/25V+/6V+/6V驱动器负载阻抗3~7千欧姆100欧姆54欧姆摆率（最大值）30V/usN/AN/A接收器输入电压范围+/15V10V~+10V7V~+12V接收器输入门限+/3V+/200mV+/200mV接收器输入电阻3~7千欧姆4千欧姆(最小)〉=12千欧姆驱动器共模电压3V~+3V1V~+3V接收器共模电压7V~+7V7V~+12V虽然RS232，RS422与RS485标准对电器特性做出了规范，但是没有规定连接插件、电缆或协议，所以在此基础上用户可以建成自己的高层通信协议。 RS232等协议在视频传输中被广泛应用，许多厂家多建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。 目前，RS232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。 ．RS232协议 标准的RS232接口有25跟信号线，其中有4根市数据线、11根控制线、3根定时线和7根备用线。 通常情况下，使用25根信号线中的9根就可以实现RS232通信。 1．DSR信号线DSR (Data Set Ready) 意思是数据装置就绪，当其状态为有效时，表示Modem出于可以使用的状态。 2．DTR 信号线DTR（Data Terminal Ready）以四位数据终端就绪，当其状态为有效时，表示数据终端可以使用。 3．RTS 信号线 RTS (Request To Send) 意思是请求发送，即当终端需要发送数据时，使该数据有效，向Modem请求发送。 它用于控制Modem是否有效，通知终端开始发送数据。 4．CTS 信号线 CTS (Clear To Send) 意思是允许发送，这个信号是对RTS信号的响应。 当Modem已经准备好接收终端发送过来的数据时，使该信号有效，通知终端开始发送数据。 5．DCD 信号线 DCD (Data Carrier Detection) 意思为数据载波检出，当此信号为有效时表示Modem已经接通了通信链路，即本地Modem受到了通信链路另一端的远程Modem送来的载波信号，终端可以准备接收数据。 6．RI信号线 RI (Ringing) 表示振铃指示，但本地Modem受到交换台发送的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知终端已被呼叫。 7． TxD 信号线TxD (Transmitted Data) 意思是发送数据，终端通过此信号将数据发送给Modem。 8. RxD信号线RxD (Received Data) 意思是接收数据，终端通过此信号从Modem 接收数据。 9. 地线地线有两根，分别是信号地SG (Signal Ground) 和保护地 PE（Protection ground）,信号地使所有信号的参考电平，保护地用于连接设备的外壳或者地表。 常见的RS232串行口连接器主要有两种，一种是25针的 DB25,另一种是9针的DB9,其示意图如图所示，其中DB9主要用于上述的9根信号线连接的方法，DB25可以连接所有的RS232标准定义的信号线。 DB25也可用像DB9那样使用，但是它们的针号与信号之间的连接关系是不一样的，如表22。 表22 DB9与DB9针号信号线连接对应表9针串口连接器DB925针串口连接器DB25针号功能缩写针号功能缩写1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD2接收数据RXD3接收数据RXD3发送数据TXD2发送数据TXD4数据终端准备DTR20数据终端准备DTR5信号线GND7信号线GND6数据设备准备好DSR6数据设备准备好DSR7请求发送RTS4请求发送RTS8清除发送CTS5清除发送CTS RS232 串行口连接器示意图最为简单常用的RS232连接方法是三线连接法，即地、接收数据和发送数据三角相连。 对于上述的DB25连接器和DB9连接器，三线连接法的原则如下所示。 表23 DB25, DB9三线连接法DB9 DB9DB25 DB25DB25DB9233222322333557757由于RS232电气特定的电平不符合通常电路中所使用的TTL或者CMOS点评，所以在接入电路之前需要对其进行转换。 RS232串口电平的转换一般使用的是专门的芯片实现，其中最常用的就是MAX232。 MAX232可以将串口设备需要发送的TTL/CMOS逻辑电平转换为RS232逻辑电平，同时也可以见要接收的RS232电平转换为TTL/CMOS逻辑电平。 ，；11管脚和10管脚是TTL/CMOS电平输入，对应14管脚和7管脚的RS232电平输出，它们一般接到RS232的RxD上，12管脚和9管脚是TTL/CMOS电平输出，对应13管脚和8管脚的RS232电平输入，它们一般接到RS232的TxD上。 ．RS232通信时序和UART在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传输速率。 所谓波特率，即每秒钟传送的二进制位数，其单位是 bit/s(bit per second ),它是衡量传输串行数据速度快慢的重要指标。 有时也用“位周期”来表示传输速率，位周期是波特率的倒数。 国际上规定了一个波特率系列，110bit/s、300bit/s、600bit/s、1200bit/s、1800bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、、56kbit/s。 如9600bit/s，其意义是每秒钟传送9600位数据，包含字符位和其。