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通用异步收发器 UART设计
—— 现代电子系统设计
一、实验原理:
通用异步收发器是一种广泛应用的短距离串行传输接口。常用于短距离,低速,低成
本 的 微 机 与 下 位 机 的 通 讯 中 , — 基 本 的 UART 连 接 通 信 图 如 下 :
设备一 TXD RXD 设备二
RXD TXD
GND GND
TXD TXD
UART只需两条信号线( RXD,TXD)和一条地线就可以完成全双工传输。由于 UART是异
步通讯,所以需要对数据进行同步, UART传输一个数据帧的容如下:
起始位 数据位 校验位 停止位
STARTD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P STOP
UART发送部分的用途是将准备输出的并行数据,按照基本帧格式,转为 TXD信号串行
输出,这里串行话的时钟信号只要使用对应要求的波特率的本地时钟即可。 UART 接收部分
RXD接收串行信号并将其转化为并行数据,但串并转化的时钟显然同发送器一样处理,收发
设备的时钟误差是会累计的, 会导致接收数据不正确, 这就需要用一个远远高于波特率的本
地时钟信号对输入 RXD不断取样, 以不断让接收器和发送器保持同步, 在设计中采用只有波
特率时钟周期的 1/16 的时钟,需要用一个波特率发生器专门产生,因此本设计包含波特率
发生器、 UART接收器和发送器 3 个子模块和一个总模块。
波特率发生器
波特率发生器实际就是一个简单的分频器,可以根据给定的系统时钟频率(晶振时钟)
和要求的波特率算出波特率分频因子。 已算出的波特率因子作为分频器的分频数。 波特率发
生器产生的时钟频率不是波特率时钟频率,而是波特率时钟频率的 16 倍,目的是为在接收
时进行精确地采样,以提出异步的串行数据。
接收器
部采样时钟 blck (波特率发生器产生)是发生或接收波特率时钟频率的 16 倍。所以需
. . .
要至少 8 个连续 blck 周期的逻辑 0 被接收到,才认为起始位接收到,接着数据位将每隔 16
个 blck 周期被采样一次(即每一个波特率时钟采样一次) ,如果起始位的确是 16 个 blck
周期长,那么接下来的数据将在每个位的中点被采样。 收发器状态图如下:
r_tar r_enter
r_stop
r_wart
r_samp
r_start: 等待起始位。当 UART接收器复位后,接收状态机将处于这一状态,在此状态,状
态机一直等待 RXD的电平跳变,从 1 变到 0,即起
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