异步串行接口电路及通信系统设计设计报告(5)

异步串行接口电路及通信系统设计

四 原理图设计及仿真分析

RTL级电路图

仿真波形见上图：由图可见给rx一个“1”，输出tx也为“1”， 故仿真结果正确。

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五 硬件实验结果

如上图所示为硬件调试时，通过串口小助手发送启动数据“11”时，PC

端

的显示结果，即当PC端发出“11”，启动adress1中对应指令，使地址自加1，依次每隔1秒读出对应地址所存的256个数据，并显示在串口小助手的接收窗口，与此同时，FPGA的LED部分显示“11”。当256个数据完全读出后，如果不改变手动端发送的数据“11”，则这256个数据将循环发送并显示在串口小助手接收窗口；若改变命令值，使其为除“11”之外的有效数据，则接收窗口将显示手动输入的那个值，并且这个值将同时显示在FPGA端的LED上。

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六 总结

这次课程设计对我们来说是考验，但是有考验才有收获。从开始的分组，选课题，做课题，到实验结束，其中的种种让我们学习到了很多。 拿到课题时，老师对其中的某些概念原理做了讲解，可我们对其中具体的细部原理仍然不是很明白。实验开始的时候，我们每个人都查找了关于该课题的资料，了解了课题的原理，不懂得地方请教了同学和老师，清楚了实验要实现的功能。

经过了查资料这一环节，我们发现数电实验书中有和课题类似的例子，所以我们参考了书上的程序，根据实验要求进行了修改，尝试去实现我们想要的功能。初始的电路设计方案包含了分频模块、地址模块、rom模块、SCI模块和led显示模块。大概的思路是通过恰当的分频得到要求的波特率，使用时钟触发，通过地址的改变使rom发送数据，SCI模块串并转换、并串转换（借助状态机）后分别由串口小助手接收、led进行显示。

但是我们并没有得到想要的结果，硬件下载后实验板没有显示。我们发现书上提供的方案与实际的硬件条件在很多方面都不一样，于是我们修改了显示模块的程序，使它符合实验室提供的实验板。修改后，实验板经硬件下载能显示初始值00，串口发送数据后仍然没有实现接收功能。经过老师的耐心讲解，我们发现我们对波特率的理解有误，实验需要的是16倍波特率的信号，我们改动了分频模块的程序，先50分频后再6分频，使其接近9600波特率。但是实验结果并不正确，串口小助手能自行将接收到的数据不断显示，不随其发送的信号触发，且发送的数据单一，并不是最终希望得到的数据。询问老师后得知，出现此现象是由于系统内部对于起始位的识别有偏差，将错误的数据位定义为起始位后，将其后的数据不断发送给串口导致的。

但是我们多次检查SCI部分的程序，并没有发现问题。老师提示我们可能书本上的模块与实际硬件的协议不同，于是我们把SCI模块换成uart，其中一个uart用于接收数据，另一个用于发送。调试时没有添加rom模块，是想看更换之后的两个uart能否接收数据并且将接收到的数据发送出来。硬件下载成功，串口小助手发送数据后能够接收，并且led灯能把发送的数据显示出来，但是显示的数据与存储的数据总有一定的差值，说明采样并不准确。于是我们将之前的300分频换成了325分频，显示正确。

实验做到这一步才发现实际的电路与参考书上的电路其实很不一样，几乎每一个模块我们都进行了更换与修改，这也就解释了实验前几天用参考书上的程序无法调试出正确结果的原因。在实验中，具体模块仍然要具体分析，我们应该根据实际情况作出相应的改动，书本只能为我们提供思路，对实验的过程作出引导，具体模块的设计和程序的编写仍然要自己不断摸索分析才能得出。

接收及显示成功后请老师检查，才得知我们对于实验要求的理解也有偏差。接收以及显示只是基本功能，我们的设计需要串口小助手给出信号后，硬件将其显示出来，此时rom开始发送数据，串口小助手将rom发送的数据全部接收到。

之前的rom模块是通过计数来改变地址，给出一个时钟信号后只能把相应地址里存的数据发送出去，即add<=cnt，并且256个数据是顺序存放的。了解了最终实现的功能后，我们把串口输入的数据也作为地址模块的输入之一，赋给其相应的“开始送数”的信号后（实验中为11H），地址模块才开始将地址自加，将

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rom里面的数据全部发送。

修改过后，实验所要求的大部分功能都已实现。当时钟上升沿到来的时候在PC机端接收来自串口调试助手的数据，实现与PC机的通信；在 FPGA 端，发送的数据来自于串口小助手串转并后的数据，并将该值给地址模块，利用地址寻址得到对应于ROM内存储的数据，ROM内的数据量为256。编程设置ROM内的地址自增启动信号为“11”。即当小助手发送“11”的时候将启动adress1模块寻址读数，并将“11”显示在选中的数码管上。由于对于波特率的理解有误，数据的显示很慢，一秒显示一个，不满足波特率的要求。且串口发送11H时，接收画面会不断显示00H。终止信号未能实现。我们的设计最终实现的功能并不完善。

在课下我们自己对顶层图进行了进一步的修改，将325分频的部分直接连至地址模块，使其实现波特率的要求，对地址模块增加一个与门，使其收到串口输入的信号后才将地址自加，使rom里的数据输出。

通过本次试验，我们了解到，课程设计还是要靠自己勤动脑多动手多尝试。尤其是程序的调试过程，可能会出现各种各样的问题。有时程序与硬件不匹配，检查程序并没有错误，但是硬件始终没有显示。有时分频不太准确，差了一点就得不到正确的结果。有时会出现管脚分配错误，导致硬件无反应。有时实验板有损坏，数码管一直不显示。有时下载的串口小助手本身有一些问题，无法发送接收数据。这种种的问题都需要在实际过程中一步步调试，发现，排除。

虽然我们这次的设计内容并不是很复杂，但是我们觉得设计的过程相当重要，并且在这个过程中我们学到了很多，收获了很多。通过本次实验，让我们更加灵活的运用VHDL编程实现各种功能，对于仿真和Signaltap的使用更加熟练，硬件方面也更加熟悉其结构，了解管脚，知道怎样编写程序能使其达到想要的效果。由于我们组的课题是异步串行接口电路的通信系统设计，我们对于异步串行电路的协议，如何实现串口的发送接收、如何在rom中存储数据并让其发送以及串口小助手的使用都更加熟悉了。课程设计反映的是从理论到实际应用的过程，在实验过程中锻炼了我们发现问题、分析问题、解决问题的能力，同时对我们实际操作及动手能力的提高提供了很大帮助。

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七、参考文献

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