【文章內(nèi)容簡介】 個設(shè)備狀態(tài)信號有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進(jìn)行通信了，能否開始進(jìn)行通信要由下面的控制信號決定。 　　請求發(fā)送(Request to sendRTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。 　　允許發(fā)送（Clear to sendCTS）——用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應(yīng)信號。當(dāng)MODEM已準(zhǔn)備好接收終端傳來的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。 　　這對RTS/CTS請求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡(luò)信號，使其變高。 　　接收線信號檢出(Received Line detectionRLSD)——用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠(yuǎn)地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調(diào)成數(shù)字兩數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(Data Carrier dectectionDCD）線。 　　振鈴指示(RingingRI)——當(dāng)MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態(tài)），通知終端，已被呼叫。 　?。?）數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線： 　　發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted dataTxD)——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。 　　接收數(shù)據(jù)(Received dataRxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。 　?。?）地線 ： 　　　GND、——保護(hù)地和信號地，無方向。 　　上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如，只有當(dāng)DSR和DTR都處于有效（ON）狀態(tài)時，才能在DTE和DCE之間進(jìn)行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向，這時線路才能開始發(fā)送。 　　2個數(shù)據(jù)信號：發(fā)送TXD；接收RXD。 　　1個信號地線：SG。 　　6個控制信號： 　　DSR 數(shù)傳發(fā)送準(zhǔn)備好，Data Set Ready。 　　DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好，Data Terminal Ready。 　　RTS DTE請求DCE發(fā)送（Request To Send）。 　　CTS DCE允許DTE發(fā)送（Clear To Send），該信號是對RTS信號的回答。 　　DCD 數(shù)據(jù)載波檢測（Data Carrier Detection），當(dāng)本地DCE設(shè)備（Modem）收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時，使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)備接收， 并且由DCE將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號， 經(jīng)RXD線送給DTE。 　　RI 振鈴信號（Ringing），當(dāng)DCE收到對方的DCE設(shè)備送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。 　　由于RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點： 　?。?）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。 　?。?）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率≤20Kbps。 　?。?）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 （4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺（實際≤15米）。RS232（DB9）接口定義圖8 接口說明1 DCD 載波檢測 　　2 RXD 接收數(shù)據(jù) 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) 　　4 DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 　　5 SG 信號地 　　6 DSR 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 　　7 RTS 請求發(fā)送 8 CTS 允許發(fā)送 9 RI 振鈴提示 系統(tǒng)硬件框圖FPGAAS下載方式 JTAG接口MAX232PC終端電源時鐘晶振圖9 系統(tǒng)硬件圖 主要組成電路分析本系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)主要包括兩個部分：FPGA模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊。 FPGA模塊 FPGA模塊主要由波特率產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊三部分組成。下圖為FPGA的頂層原理圖。圖10 .頂層模塊的電路圖波特率產(chǎn)生模塊: 波特率發(fā)生器實際上就是一個分頻器。可以根據(jù)給定的系統(tǒng)時鐘（晶振時鐘）和要求的波特率算出波特率分頻因子，算出的波特率分頻器的分頻數(shù)。即分頻數(shù)=系統(tǒng)時鐘／(16波特率)，波特率分頻數(shù)可以根據(jù)不同的應(yīng)用需要更改。題目要求波特率為9600bit/s，由于FPGA的EP1C12核心板提供了高精度、高穩(wěn)定性的40MHz時鐘源。波特率發(fā)生器模塊圖如下所示圖11 波特率發(fā)生器模塊圖波特率發(fā)生器的仿真結(jié)果如圖：Clk：時鐘信號周期Resetb：復(fù)位信號Bclk：輸出波特率時鐘信號周期圖12 波特率發(fā)生器的仿真波形UART接收器模塊: 由于串行數(shù)據(jù)幀和接收時鐘是異步的，由邏輯1轉(zhuǎn)為邏輯0可以被視為一個數(shù)據(jù)幀的起始位。然而，為了避免毛刺影響，能夠得到正確的起始位信號，必須要求接收到的起始位在波特率時鐘采樣的過程中至少有一半都是屬于邏輯0才可認(rèn)定接收到的是起始位。由于內(nèi)部采樣時鐘bclk周期（由波特率發(fā)生器產(chǎn)生）是發(fā)送或接收波特率時鐘頻率的16倍，所以起始位需要至少8個連續(xù)bclk周期的邏輯0被接收到，才認(rèn)為起始位接收到，接著數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位將每隔16個bclk周期被采樣一次（即每一個波特率時鐘被采樣一次）。如果起始位的確是16個bclk周期長，那么接下來的數(shù)據(jù)將在每個位的中點處被采樣。R_START狀態(tài)：當(dāng)UART接收器復(fù)位后，接收狀態(tài)機(jī)將處于這一狀態(tài)。在此狀態(tài)，狀態(tài)機(jī)一直在等待RXD的電平跳轉(zhuǎn)，從邏輯1變?yōu)檫壿?，即起始位，這意味著新的一幀UART數(shù)據(jù)幀的開始，一旦起始位被確定，狀態(tài)機(jī)將轉(zhuǎn)入R_CENTER狀態(tài)。圖6中的RXD_SYNC信號是RXD的同步信號，因為在進(jìn)行邏輯1或邏輯0判斷時，不希望檢測的信號是不穩(wěn)定的，所以不直接檢測RXD信號，而是檢測經(jīng)過同步后的RXD_SYNC信號。 R_CENTER狀態(tài)：對于異步串行信號，為了使每一次都檢測到正確的位信號，而是在較后的數(shù)據(jù)位檢測時累計誤差較小，顯然在每位的中點檢測是最為理想的。在本狀態(tài)，就是由起始位求出每位的中點，通過對bclk的個數(shù)進(jìn)行計數(shù)（RCNT16），但計數(shù)值不是想當(dāng)然的“1000”，要考慮經(jīng)過一個狀態(tài)，也即經(jīng)過了一個bclk周期，所希望得到的是在采樣時1/2位。另外，可能在R_START狀態(tài)檢測到的起始位不是真正的起始位，可能是一個偶然出現(xiàn)的干擾尖脈沖（負(fù)脈沖）。這種干擾脈沖的周期是很短的，所以可以認(rèn)為保持邏輯0超過1/4個位時間的信號一定是起始位。圖13 UART接收器的接收狀態(tài)機(jī)注：狀態(tài)機(jī)一共有5個狀態(tài)：R_START（等待起始位）、R_CENTER（求中點）、R_WAIT（等待采樣）、R_SAMPLE（采樣）和R_STOP（停止位接收）。R_WAIT狀態(tài)：當(dāng)狀態(tài)機(jī)處于這一狀態(tài)，等待計滿15個bclk，在第16個bclk是進(jìn)入R_SAMPLE狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)位的采樣檢測，同時也判斷是否采集的數(shù)據(jù)位長度已達(dá)到數(shù)據(jù)幀的長度，如果到來，就說明停止位來臨了。在本設(shè)計中默認(rèn)為8，即對應(yīng)的UART工作在8位數(shù)據(jù)位、無校驗位格式。R_SAMPLE狀態(tài)：即數(shù)據(jù)位采樣檢測，完成后無條件狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)入R_WAIT狀態(tài)，等待下次數(shù)據(jù)位的到來。R_STOP狀態(tài)：，或是2位，狀態(tài)機(jī)在R_STOP不具體檢測RXD，只是輸出幀接收完畢信號（REC_DONE’1’），停止位后狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)回到R_START狀態(tài)，等待下一個幀的起始位。圖14 UART接收器的模塊圖UART接收器的仿真波形結(jié)果Bclkr：波特率時鐘信號周期Resetr：復(fù)位信號Rxdr:電平觸發(fā)信號，從邏輯1變?yōu)檫壿?R_ready:數(shù)據(jù)幀Rbuf：并行數(shù)據(jù)圖15 UART接收器的仿真波形UART發(fā)送器模塊: 發(fā)送器只要每隔16個bclk周期輸出一個數(shù)據(jù)即可，次序遵循第一位是起始位，第8位是停止位。在本設(shè)計中沒有校驗位，但只要改變Generic參數(shù)Frameelen，也可以加入校驗位，停止位是固定的1位格式[6]。圖4..。 此狀態(tài)機(jī)一共有5個狀態(tài)：X_IDLE(空閑)、X_START(起始位)、X_WAIT（移位等待）、X_SHIFT(移位)和X_STOP(停止位)。X_IDLE狀態(tài)：當(dāng)UART被復(fù)位信號RESETL復(fù)位后，狀態(tài)機(jī)將立刻進(jìn)入這一狀態(tài)。在這個狀態(tài)中，UART的發(fā)送器一直在等待一個數(shù)據(jù)幀發(fā)送命令XMIT_CMD。這時由于XMIT_CMD是一個外加信號，在FPGA之外，不可能對XMIT_CMD的脈沖寬帶進(jìn)行限制，如果XMIT_CMD有效在UART發(fā)完一個數(shù)據(jù)幀依然有效，那么就會錯誤地被認(rèn)為，一個新的數(shù)據(jù)發(fā)送命令又到來了，UART發(fā)送器就會再次啟動UART幀的發(fā)送，顯然該幀的發(fā)送是錯誤的。在此對XMIT_CMD進(jìn)行了脈沖寬度的限定，用XMIT_CMD_P代替XMIT_CMD信號，XMIT_CMD_P是一個短脈沖信號。當(dāng)XMIT_CMD_P=‘1’，狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)入X_START,準(zhǔn)備發(fā)送起始位。X_START 狀態(tài)：在這個狀態(tài)下，UART的發(fā)送器一個時間寬度的邏輯0信號至TXD,即起始位。緊接著狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)入X_WAIT狀態(tài)。XCNT16是bclk的計數(shù)器。 X_WAIT 狀態(tài)：同UA