串口通信控制器

实验18　RS232串口通信控制器

【实验目的】

（1）熟练掌握VHDL语言和QuartusⅡ软件的使用；

（2）理解状态机的工作原理和设计方法；

（3）掌握利用EDA工具进行自顶向下的电子系统设计方法。

【实验所用仪器及元器件】

（1）计算机；

（2）示波器；

（3）直流稳压电源；

（4）万用表；

（5）EDA开发板及相应元器件。

【实验原理】

串口是计算机上一种非常通用的接口，大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信接口；很多GPIB（通用接口总线）兼容的设备也带有RS－232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。

串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。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。它很简单并且能够实现远距离通信。

串口典型的应用是ASCII码字符的传输。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。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

（1）波特率：这是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。

（2）数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位，如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位），扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始／停止位，数据位和奇偶校验位。

（3）停止位：用于表示单个包的最后一位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。

（4）奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。

【实验内容】

1.基本内容

设计并实现一个可以和PC机通过RS232协议进行通信的串口通信控制器。

（1）PC机通过串口调试工具来验证程序的功能；

（2）实现一个收发一帧10个bit的串口控制器，10个bit是1位起始位，8位数据位，1位结束位；

（3）串口的波特率选择9600bit，串口处于全双工工作状态；

（4）按“发送数据”按键后，CPLD向PC机发送字符串（内容自定，串口调试工具设成按ASCII码接受方式）；

（5）PC机可随时向CPLD发送0～F的十六进制数据，CPLD接收后译码显示在7段数码管上；

2.提高要求

自拟其他功能。