4端口UART及扫描驱动电路设计

实验四UART串口通信学院：研究生院学号：1400030034姓名：张秋明一、实验目的及要求设计一个UART串口通信协议，实现“串<-->并”转换功能的电路，也就是“通用异步收发器”。

二、实验原理UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。

该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。

在嵌入式设计中，UART用来主机与辅助设备通信，如汽车音响与外接AP之间的通信，与PC机通信包括与监控调试器和其它器件，如EEPROM通信。

UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

其中各位的意义如下：起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。

资料位：紧接着起始位之后。

资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。

通常采用ASCII码。

从最低位开始传送，靠时钟定位。

奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。

停止位：它是一个字符数据的结束标志。

可以是1位、1.5位、2位的高电平。

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。

空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。

波特率：是衡量资料传送速率的指标。

表示每秒钟传送的符号数（symbol）。

一个符号代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关。

例如资料传送速率为120字符/秒，传输使用256阶符号，每个符号代表8bit，则波特率就是120baud，比特率是120*8=960bit/s。

这两者的概念很容易搞错。

三、实现程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity uart isport(clk : in std_logic; --系统时钟rst_n: in std_logic; --复位信号rs232_rx: in std_logic; --RS232接收数据信号;rs232_tx: out std_logic --RS232发送数据信号;); end uart;architecture behav of uart iscomponent uart_rx port(clk : in std_logic; --系统时钟rst_n: in std_logic; --复位信号rs232_rx: in std_logic; --RS232接收数据信号clk_bps: in std_logic; --此时clk_bps的高电平为接收数据的采样点bps_start:out std_logic;--接收到数据后，波特率时钟启动置位rx_data: out std_logic_vector(7 downto 0); --接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到rx_int: out std_logic --接收数据中断信号，接收数据期间时钟为高电平，传送给串口发送);end component;component speed_select port(clk : in std_logic; --系统时钟rst_n: in std_logic; --复位信号clk_bps: out std_logic; --此时clk_bps 的高电平为接收或者发送数据位的中间采样点bps_start:in std_logic --接收数据后，波特率时钟启动信号置位);end component;component uart_tx port(clk : in std_logic; --系统时钟rst_n: in std_logic; --复位信号rs232_tx: out std_logic; --RS232接收数据信号clk_bps: in std_logic; --此时clk_bps 的高电平为接收数据的采样点bps_start:out std_logic;--接收到数据后，波特率时钟启动置位rx_data: in std_logic_vector(7 downto 0); --接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到rx_int: in std_logic --接收数据中断信号，接收数据期间时钟为高电平，传送给串口发送模块，使得串口正在进行接收数据的时候，发送模块不工作，避免了一个完整的数据（1位起始位、8位数据位、1位停止位）还没有接收完全时，发送模块就已经将不正确的数据传输出去);end component;signal bps_start_1:std_logic;signal bps_start_2:std_logic;signal clk_bps_1:std_logic;signal clk_bps_2:std_logic;signal rx_data:std_logic_vector(7 downto 0);signal rx_int:std_logic;beginRX_TOP: uart_rx port map(clk=>clk,rst_n=>rst_n,rs232_rx=>rs232_rx,clk_bps=>clk_bps_1,bps_start=>bps_start_1,rx_data=>rx_data,rx_int=>rx_int);SPEED_TOP_RX: speed_select port map(clk=>clk,rst_n=>rst_n,clk_bps=>clk_bps_1,bps_start=>bps_start_1);TX_TOP:uart_tx port map(clk=>clk, --系统时钟rst_n=>rst_n, --复位信号rs232_tx=>rs232_tx, --RS232发送数据信号clk_bps=>clk_bps_2, --此时clk_bps 的高电平为发送数据的采样点bps_start=>bps_start_2,--接收到数据后，波特率时钟启动置位rx_data=>rx_data, --接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到rx_int=>rx_int --接收数据中断信号，接收数据期间时钟为高电平，传送给串口发送模块，使得串口正在进行接收数据的时候，发送模块不工作，避免了一个完整的数据（1位起始位、8位数据位、1位停止位）还没有接收完全时，发送模块就已经将不正确的数据传输出去);SPEED_TOP_TX: speed_select port map(clk=>clk,rst_n=>rst_n,clk_bps=>clk_bps_2,bps_start=>bps_start_2);end behav;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3个子模块------------------------------------------------------------------------------异步接收模块-------------------------------------------library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity uart_rx isport(clk : in std_logic; --系统时钟rst_n: in std_logic; --复位信号rs232_rx: in std_logic; --RS232接收数据信号clk_bps: in std_logic; --此时clk_bps的高电平为接收数据的采样点bps_start:out std_logic;--接收到数据后，波特率时钟启动置位rx_data: out std_logic_vector(7 downto 0); --接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到rx_int: out std_logic --接收数据中断信号，接收数据期间时钟为高电平，传送给串口发送模块，使得串口正在进行接收数据的时候，发送模块不工作，避免了一个完整的数据（1位起始位、8位数据位、1位停止位）还没有接收完全时，发送模块就已经将不正确的数据传输出去); end uart_rx;architecture behav of uart_rx issignal rs232_rx0: std_logic;signal rs232_rx1: std_logic;signal rs232_rx2: std_logic;signal rs232_rx3: std_logic;signal neg_rs232_rx:std_logic;signal bps_start_r:std_logic;signal num:integer;signal rx_data_r:std_logic_vector(7 downto 0); --串口接收数据寄存器，保存直至下一个数据到来beginprocess(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thenrs232_rx0<='0';rs232_rx1<='0';rs232_rx2<='0';rs232_rx3<='0';elseif (rising_edge(clk)) thenrs232_rx0<=rs232_rx;rs232_rx1<=rs232_rx0;rs232_rx2<=rs232_rx1;rs232_rx3<=rs232_rx2;end if;end if;neg_rs232_rx <=rs232_rx3 and rs232_rx2 and not(rs232_rx1)and not(rs232_rx0);end process;process(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thenbps_start_r<='0';rx_int<='0';elseif (rising_edge(clk)) thenif(neg_rs232_rx='1') then--接收到串口数据线rs232_rx 的下降沿标志信号bps_start_r<='1'; --启动串口准备数据接收rx_int<='1';--接收数据中断信号使能else if((num= 15) and (clk_bps='1')) then --接收完有用数据信息bps_start_r<='0'; --数据接收完毕，释放波特率启动信号rx_int<='0';--接收数据中断信号关闭end if;end if;end if;end if;bps_start<=bps_start_r;end process;process(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thenrx_data_r<="00000000";rx_data<="00000000";num<=0;elseif (rising_edge(clk)) thenif(clk_bps='1')thennum<=num+1;case num iswhen 1=>rx_data_r(0)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 2=>rx_data_r(1)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 3=>rx_data_r(2)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 4=>rx_data_r(3)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 5=>rx_data_r(4)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 6=>rx_data_r(5)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 7=>rx_data_r(6)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 8=>rx_data_r(7)<=rs232_rx;--锁存第0bitwhen 10=>rx_data<=rx_data_r;when 11=>num<=15;when others=>null;end case;if(num=15) thennum<=0;end if;end if;end if;end if;end process;end behav;---------------------------------波特率控制模块-----------------------------------------library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity speed_select isport(clk : in std_logic; --系统时钟rst_n: in std_logic; --复位信号clk_bps: out std_logic; --此时clk_bps的高电平为接收或者发送数据位的中间采样点bps_start:in std_logic--接收数据后，波特率时钟启动信号置位或者开始发送数据时，波特率时钟启动信号置位);end speed_select;architecture behav of speed_select issignal cnt:std_logic_vector(12 downto 0);signal clk_bps_r:std_logic;constant BPS_PARA:integer:=5207;constant BPS_PARA_2:integer:=2603;beginprocess(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thencnt<="0000000000000";elseif (rising_edge(clk)) thenif((cnt=BPS_PARA)or(bps_start='0')) thencnt<="0000000000000"; --波特率计数器清零elsecnt<=cnt+'1';--波特率时钟计数启动end if;end if;end if;end process;process(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thenclk_bps_r<='0';elseif (rising_edge(clk)) thenif(cnt=BPS_PARA_2) thenclk_bps_r<='1'; --clk_bps_r高电平为接收数据位的中间采样点，同时也作为发送数据的数据改变点elseclk_bps_r<='0'; --波特率计数器清零end if;end if;end if;clk_bps<=clk_bps_r;end process;end behav;---------------------------------异步发送模块-------------------------------------------library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity uart_tx isport(clk : in std_logic; --系统时钟rst_n: in std_logic; --复位信号rs232_tx: out std_logic; --RS232接收数据信号clk_bps: in std_logic; --此时clk_bps的高电平为接收数据的采样点bps_start:out std_logic;--接收到数据后，波特率时钟启动置位rx_data: in std_logic_vector(7 downto 0); --接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到rx_int: in std_logic --接收数据中断信号，接收数据期间时钟为高电平，传送给串口发送模块，使得串口正在进行接收数据的时候，发送模块不工作，避免了一个完整的数据（1位起始位、8位数据位、1位停止位）还没有接收完全时，发送模块就已经将不正确的数据传输出去); end uart_tx;architecture behav of uart_tx issignal rx_int0: std_logic;signal rx_int1: std_logic;signal rx_int2: std_logic;signal neg_rx_int:std_logic;signal bps_start_r:std_logic;signal num:integer;signal tx_data:std_logic_vector(7 downto 0); --串口接收数据寄存器，保存直至下一个数据到来beginprocess(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thenrx_int0<='0';rx_int1<='0';rx_int2<='0';elseif (rising_edge(clk)) thenrx_int0<=rx_int;rx_int1<=rx_int0;rx_int2<=rx_int1;end if;end if;neg_rx_int <=not(rx_int1)and (rx_int2);end process;process(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thenbps_start_r<='0';tx_data<="00000000";elseif (rising_edge(clk)) thenif(neg_rx_int='1') then--接收到串口数据线rs232_rx的下降沿标志信号bps_start_r<='1'; --启动串口准备数据接收tx_data<=rx_data;--接收数据中断信号使能else if((num= 15) and (clk_bps='1')) then --接收完有用数据信息bps_start_r<='0'; --数据接收完毕，释放波特率启动信号end if;end if;end if;end if;bps_start<=bps_start_r;end process;process(clk,rst_n)beginif (rst_n='0')thenrs232_tx<='1';num<=0;elseif (rising_edge(clk)) thenif(clk_bps='1')thennum<=num+1;case num iswhen 1=>rs232_tx<='0';when 2=>rs232_tx<=tx_data(0);--发送第1bitwhen 3=>rs232_tx<=tx_data(1);--发送第2bitwhen 4=>rs232_tx<=tx_data(2);--发送第3bitwhen 5=>rs232_tx<=tx_data(3);--发送第4bitwhen 6=>rs232_tx<=tx_data(4);--发送第5bitwhen 7=>rs232_tx<=tx_data(5);--发送第6bitwhen 8=>rs232_tx<=tx_data(6);--发送第7bitwhen 9=>rs232_tx<=tx_data(7);--发送第8bitwhen 10=>rs232_tx<='1';when 11=>num<=15;when others=>null;end case;if(num=15) thennum<=0;end if;end if;end if;end if;end process;end behav;四、实验步骤1、建立新工程UART，选择芯片，型号为cyclone ii EP2C35F484C8。

uart模块的驱动方法
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常见的串行通信接口，用于在嵌入式系统中实现设备之间的通信。

在嵌入式系统中，UART模块的驱动方法通常涉及以下几个方面：
1. 初始化，首先，需要配置UART模块的参数，包括波特率、
数据位、停止位和校验位等。

这些参数的设置需要根据具体的应用
需求来确定。

通常情况下，需要根据目标设备的规格书来配置这些
参数。

2. 发送数据，一旦UART模块初始化完成，就可以使用相应的
函数来发送数据。

通常情况下，需要将待发送的数据写入到UART发
送缓冲区，然后UART模块会自动将数据发送出去。

3. 接收数据，接收数据的方法通常涉及设置接收中断或者轮询
方式。

在接收中断方式下，当接收到数据时，会触发中断，然后可
以在中断服务程序中处理接收到的数据。

而在轮询方式下，程序会
定期查询接收缓冲区是否有新的数据到达。

4. 错误处理，UART模块在传输过程中可能会出现一些错误，
比如校验错误、帧错误等。

驱动程序需要能够检测并处理这些错误，以确保数据的可靠传输。

5. 控制流，有时候需要在UART通信中实现流控制，比如硬件
流控或软件流控。

驱动程序需要支持这些流控制方式，并能够根据
需要进行配置。

总的来说，UART模块的驱动方法需要考虑到初始化、数据发送、数据接收、错误处理和流控制等多个方面。

针对不同的应用场景和
目标设备，驱动方法可能会有所不同，需要根据具体情况进行调整
和优化。

typec转uart电路-回复如何设计和实现一个Type-C转UART电路在现代的工业和消费电子设备中，Type-C接口作为一种通用的连接标准越来越常见。

它不仅可支持更高的功率传输，还可以实现数据、音频和视频的传输。

与此同时，UART（通用异步收发器）作为一种常用的串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统和通信领域。

如果我们需要将Type-C 接口转为UART接口，可以采取以下步骤来设计和实现一个Type-C转UART电路。

第一步：了解Type-C和UART的基本原理和规范在开始设计Type-C转UART电路之前，我们需要对Type-C和UART 的基本原理和规范有一定的了解。

了解Type-C接口的工作原理、信号定义、电气特性以及UART协议的基本原理、通信方式和数据格式等内容。

这将有助于我们更好地理解电路设计和选型。

第二步：选择合适的硬件和芯片在设计电路之前，需要选择合适的硬件和芯片来实现Type-C转UART 的功能。

首先，我们需要选择一款支持Type-C接口的控制器芯片，例如USB Type-C控制器芯片。

其次，我们需要选择一款UART通信芯片，以实现UART和其他设备的连接。

在选择芯片时，我们应该考虑其性能、功耗、稳定性和可靠性等因素。

第三步：设计硬件电路在选择好合适的硬件和芯片后，我们需要进行电路设计。

首先，根据Type-C接口的电气特性，设计Type-C接口电路，包括信号线的连接、阻抗匹配、ESD保护等。

接下来，设计UART接口电路，包括TX（发送）和RX（接收）电路，以及相应的电平转换电路。

根据选定的芯片和需求，将Type-C和UART的信号进行连接，并进行必要的电平转换和匹配。

第四步：软件开发和驱动编写完成硬件设计后，接下来需要进行软件开发和驱动编写。

首先，我们需要根据UART的通信协议，实现相应的发送和接收函数。

其次，根据Type-C接口的工作原理和规范，编写相应的驱动程序，实现Type-C口和UART口之间的数据转换和传输。

uart串口通信电路设计-回复UART（通用异步收发传输）是一种常用的串口通信协议，可以实现设备之间的数据传输和通信。

在本文中，将详细介绍UART串口通信电路的设计步骤。

一、什么是UART串口通信电路？UART串口通信电路是一种数字电路，用于将串行数据转换为并行数据，实现设备之间的数据传输和通信。

UART串口通信电路通常由发送电路和接收电路两部分组成。

发送电路：发送电路将并行数据转换为串行数据，并对数据进行格式化。

它通常由一个发送缓冲器、一个发送时钟和控制逻辑组成。

接收电路：接收电路将串行数据转换为并行数据，并对数据进行解码和处理。

它通常由一个接收缓冲器、一个接收时钟和控制逻辑组成。

二、UART串口通信电路的设计步骤1. 确定通信参数在设计UART串口通信电路之前，首先需要确定通信参数，包括波特率、数据位数、校验位数和停止位数等。

这些参数将决定串口通信的速率和精度。

2. 设计发送电路发送电路的主要任务是将并行数据转换为串行数据，并将数据发送到接收设备。

设计发送电路时，需要考虑以下几点：（1）发送缓冲器：发送缓冲器用于存储待发送的数据。

它通常由一个FIFO （先进先出）缓冲器实现，可以提高通信的效率。

（2）时钟和控制逻辑：发送电路需要一个时钟信号来同步数据传输，并且需要控制逻辑来控制数据的发送和处理。

（3）格式化：发送电路需要对数据进行格式化，包括数据位、校验位和停止位的配置。

格式化的目的是提高数据的准确性和可靠性。

3. 设计接收电路接收电路的主要任务是将串行数据转换为并行数据，并将数据传输到接收设备。

设计接收电路时，需要考虑以下几点：（1）接收缓冲器：接收缓冲器用于存储接收到的数据。

它通常由一个FIFO 缓冲器实现，可以提高数据的接收效率。

（2）时钟和控制逻辑：接收电路需要一个时钟信号来同步数据传输，并且需要控制逻辑来控制数据的接收和处理。

（3）解码和处理：接收电路需要对接收到的数据进行解码和处理，包括校验数据的正确性和提取有效数据。

uart驱动调试方法UART驱动是一种用于串口通信的驱动程序，常用于嵌入式系统中。

调试UART驱动的目的是确保其正常工作，并排除可能的问题。

下面是一些调试UART驱动的方法：1.检查硬件连接：确保UART的引脚正确连接到目标设备上，并且没有虚焊、短路或其他硬件问题。

需要检查TX、RX、地线和电源线的正确连接。

2.配置正确的波特率：确认驱动程序和目标设备的波特率设置一致。

如果波特率设置不正确，通信将无法成功。

3.检查中断和DMA：如果使用中断或DMA进行数据传输，在调试过程中需要确保它们的配置和使用正确。

确认中断和DMA的初始化和处理函数是否正确，以及是否可靠。

4.使用调试工具：使用调试工具可以帮助检测和解决UART驱动的问题。

例如，使用示波器可以观察波形是否符合预期，使用串口调试助手可以查看发送和接收的数据。

还可以使用软件调试器来观察代码执行的过程。

5.打印调试信息：在驱动程序中添加打印语句，以便在运行时输出调试信息。

可以打印各种变量、标志位和状态信息，以便跟踪代码的执行流程。

这种方法可以帮助定位并解决问题。

6.内部测试模式：一些UART控制器提供了内部测试模式，可以自动生成和接收特定模式的数据。

通过使用内部测试模式，可以排除硬件和物理连接的问题，并检查驱动程序的正确性。

7.理解数据协议：UART驱动中很重要的一点是理解通信的协议。

要确保驱动程序正确地构造和解析数据帧，包括起始位、停止位、校验位和数据位。

8.分阶段调试：UART驱动的调试可以分成多个阶段进行。

首先，确保驱动程序可以正常初始化和配置。

然后，测试发送和接收数据的功能。

最后，检查错误处理和异常情况的处理。

9.必要时查看硬件文档：如果遇到了很棘手的问题，无法通过常规的调试方法解决，可以查看硬件文档或厂商提供的技术支持。

硬件文档可以提供关于UART控制器的详细说明和配置建议。

10.与其他设备协同调试：UART驱动通常会与其他设备进行通信，例如处理器、外设或其他串口设备。

uart驱动电路设计摘要：1.UART 概述2.UART 驱动电路设计原则3.UART 驱动电路的主要组成部分4.UART 驱动电路设计流程5.设计实例与注意事项正文：一、UART 概述UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是一种广泛应用于电子设备中的串行通信接口。

它的主要功能是在发送端将数据字符从并行转换为串行，按位发送到接收端，在接收端将串行数据字符转换为并行数据，以便于设备处理。

UART在电子设备中具有重要作用，如计算机外设、通信设备等。

二、UART 驱动电路设计原则1.稳定性：驱动电路应具有良好的稳定性，确保数据传输的可靠性。

2.兼容性：驱动电路应能兼容不同厂商、不同型号的UART 设备。

3.低功耗：驱动电路应在满足性能要求的前提下，尽量降低功耗。

4.简洁性：驱动电路设计应尽量简洁，便于调试和维护。

三、UART 驱动电路的主要组成部分1.电源模块：为驱动电路提供稳定的电源。

2.晶振模块：提供驱动电路的工作时钟。

3.复位模块：为驱动电路提供复位信号。

4.电平转换模块：实现UART 接口的电平转换，如TTL 电平转换为CMOS 电平。

5.串行发送模块：将数据字符从并行转换为串行，按位发送。

6.串行接收模块：将串行数据字符转换为并行数据。

7.缓存模块：缓存发送和接收的数据，以适应不同速率的UART 设备。

四、UART 驱动电路设计流程1.需求分析：明确驱动电路的功能、性能、兼容性等要求。

2.电路设计：根据需求分析，设计驱动电路的各个模块，并选择合适的元器件。

3.电路仿真：使用仿真软件对驱动电路进行仿真测试，验证电路性能。

4.硬件调试：制作驱动电路硬件原型，进行实际硬件调试。

5.软件调试：编写驱动程序，对驱动电路进行功能测试。

6.性能测试：对驱动电路的稳定性、兼容性、功耗等性能进行测试。

7.优化与完善：根据测试结果，对驱动电路进行优化与完善。