紫光同创FPGA入门指导：串口收发——紫光盘古系列22K开发套件实验教程（七）

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适用于板卡型号：

紫光同创PGL22G开发平台（盘古22K）

盘古22K开发板购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?ft=t&id=695005143685（小眼睛半导体）

一：盘古22K开发板（紫光同创PGL22G开发平台）简介

盘古22K开发板是基于紫光同创Logos系列PGL22G芯片设计的一款FPGA开发板，全面实现国产化方案，板载资源丰富，高容量、高带宽，外围接口丰富，不仅适用于高校教学，还可以用于实验项目、项目开发，一板多用，满足多方位的开发需求。

二：实验目的

MES22GP开发板集成了一路USB转串口模块，采用的USB-UART芯片CP2102 , USB接口采用USB Type C接口，可以用一根USB Type C线连接到PC的USB口进行串口数据通信,如下图所示（详情请查看“MES22GP开发板硬件使用手册”）。

串口通信时波特率设置为115200bps，数据格式为1位起始位、8位数据位、无校验位、1位结束位。板子1s向串口助手发送一次十进制显示的“www.meyesemi.com”，通过串口助手向板子以十六进制形式发送数字（00~FF），LED以二进制显示亮起。

三：实验原理

串口原理

从下图我们可以看到标准串口接口是9根线，具体含义如下：

数据线：
TXD（pin 3）：串口数据输出(Transmit Data)
RXD（pin 2）：串口数据输入(Receive Data)
握手：
RTS（pin 7）：发送数据请求(Request to Send)
CTS（pin 8）：清除发送(Clear to Send)
DSR（pin 6）：数据发送就绪(Data Send Ready)
DCD（pin 1）：数据载波检测(Data Carrier Detect)
DTR（pin 4）：数据终端就绪(Data Terminal Ready)
地线：
GND（pin 5）：地线
其它：
RI（pin 9）：铃声指示
通常我们用RS232串口仅用到了9根传输线中的三根：TXD，RXD，GND。但是对于数据传输，双方必须对数据传输采用使用相同的波特率，约定同样的传输模式（传输架构，握手条件等）。尽管这种方法对于大多数应用已经足够，但是对于接收方过载的情况这种使用受到限制。

RS232的串口连接方式：

串口传输协议如下：

起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。
数据位：可以是5~8位逻辑”0”或”1”。如ASCII码（7位），扩展BCD码（8位）。
校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)。
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。
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：uart中的波特率就可以认为是比特率，即每秒传输的位数(bit)。一般选波特率都会有9600,19200,115200等选项。其实意思就是每秒传输这么多个比特位数(bit)。
引入波特率的概念后可得到串口的传输节奏如下：

串口传输步骤

串口发送流程

串口接收流程

串口发送字符
从前面串口协议中可以了解到串口每次传输可以以有5～8bit数据，在计算机中字符通常用ASCII码（7bit）表示，所以字符的发送可以用ASCII码发送。查询ASCII码表格可得到：“www.meyesemi.com”用到的字符对应ASCII码；

四：实验源码设计

从实验目的分析可将实验做如下划分：

从原理上分析波特率的计算是一个计数器，发射和接收可复用，我们在设计时为保持TX，或RX的完整性，故将波特周期计数器集成在各自模块内部；

上述分析仅仅搭建好MES22GP的与PC通信的桥梁UART，传输的数据没有体现。故而需要增加发送数据模块，与接收数据模块；

串口发射模块设计

目标：接收到一个发送命令信号时，将data[7:0] ->依次发出{start,data[0:7],stop}共10bit数据（无校验位，停止位1bit）；

有两种方法可以将一个并行数据串行化；
方法一：通过bit计数与baud计数控制移位输出；

方法二：通过bit计数与baud计数控制状态跳转，在状态机中输出；

方法一的module如下：

方法二的module设计如下：

串口接收模块设计

串口接收模块是发射模块的逆过程，设计思路区别不大，但是有如下几点需要注意：

1.接收开始信号，当rx下降沿到来后保持几个时钟周期的低电平，表明进入接收start；
2.接收数据提取位置，前面讲发射的时候都是在波特周期开始的位置变更数据，接收数据提取时需要在rx稳定时刻取数，去波特周期的中间位置取数；
3.最终输出数据锁存，在最后1bit存入寄存器后需要对接收数据锁存，并在之后需要给出数据使能信号，表示输出数据有效；
Module设计如下：

串口发射控制模块设计

目标：产生1S间隔的触发信号并输出第一个发送字节，busy的下降沿时输出下一个字节；

Module如下：

串口实验顶层模块设计

目标：板子1s向串口助手发送一次十进制显示的“www.meyesemi.com”，通过串口助手向板子以十六进制形式发送数字，LED以二进制显示亮起。

Uart_data_gen模块产生一个间隔1S钟的触发信号，同时输出第一个发送字节，等待uart_tx输出的busy下降沿到来，获知uart_tx进入空闲状态可发送下一个byte时，再次给出串口发送的触发脉冲，并输出下一个字节；

Uart_rx模块接收到数据后输出一个rx_en信号（接收数据使能信号）、一组接收数据信号；接收的数据信号是锁存的，可直接点亮LED灯；

具体的module实现如下:

五：实验现象

用SSCOM串口调试工具，波特率设置为115200bps，数据格式为1位起始位、8位数据位、无校验位、1位结束位，用Type-C连接开发板与电脑后有如下现象：

实验现象一：在串口工具中每隔1S中打印一次：“www.meyesemi.com”；

实验现象二：

在串口工具上以Hex格式发送55；我们可看到MES22GP板卡上的LED1,LED3,LED5,LED7被点亮，LED2,LED4,LED6,LED8为熄灭状态；

发 送AA；我 们 可 看 到MES22GP板 卡 上 的LED2,LED4,LED6,LED8被点亮，LED1,LED3,LED5,LED7为熄灭状态。

也可以试着发送其他数据（00~FF）,看一下LED灯的变化；