現場可編程邏輯器件（FPGA）在高速采集系統中的應用越來越廣，由于FPGA對采集到的數據的處理能力比較差，故需要將其采集到的數據送到其他CPU系統來實現數據的處理功能，這就使FPGA系統與其他CPU系統之間的數據通信提到日程上，得到人們的急切關注。本文介紹利用VHDL語言實現 FPGA與單片機的串口異步通信電路。
　　整個設計采用模塊化的設計思想，可分為四個模塊：FPGA數據發送模塊，FPGA波特率發生控制模塊，FPGA總體接口模塊以及單片機數據接收模塊。本文著重對FPGA數據發送模塊實現進行說明。
　　2 FPGA數據發送模塊的設計
　　根據RS232 異步串行通信來的幀格式，在FPGA發送模塊中采用的每一幀格式為：1位開始位+8位數據位+1位奇校驗位+1位停止位，波特率為2400。本系統設計的是將一個16位的數據封裝成高位幀和低位幀兩個幀進行發送，先發送低位幀，再發送高位幀，在傳輸數據時，加上文件頭和數據長度，文件頭用555555來表示，只有單片機收到555555時，才將下面傳輸的數據長度和數據位進行接收，并進行奇校驗位的檢驗，正確就對收到的數據進行存儲處理功能，數據長度可以根據需要任意改變。由設置的波特率可以算出分頻系數，具體算法為分頻系數X=CLK/（BOUND*2）。可由此式算出所需的任意波特率。下面是實現上述功能的VHDL源程序。
　　Library ieee;
　　use ieee.std_logic_1164.all;
　　use ieee.std_logic_arith.all;
　　use ieee.std_logic_unsigned.all;
　　entity atel2_bin is
　　port（ txclk： in std_logic; --2400Hz的波特率時鐘
　　reset： in std_logic; --復位信號
　　din： in std_logic_vector（15 downto 0）; --發送的數據
　　start： in std_logic; --允許傳輸信號
　　sout： out std_logic --串行輸出端口
　　）;
　　end atel2_bin;
　　architecture behav of atel2_bin is
　　signal thr，len： std_logic_vector（15 downto 0）;
　　signal txcnt_r： std_logic_vector（2 downto 0）;
　　signal sout1： std_logic;
　　signal cou： integer：=0;
　　signal oddb:std_logic;
　　type s is（start1，start2，shift1，shift2，odd1，odd2，stop1，stop2）;
　　signal state:s：=start1;
　　begin
　　process（txclk）
　　begin
　　if rising_edge（txclk） then
　　if cou《3 then thr《=“0000000001010101”; --發送的文件頭
　　elsif cou=3 then
　　thr《=“0000000000000010”; --發送的文件長度
　　elsif （cou》3 and state=stop2） then thr《=din;--發送的數據
　　end if;
　　end if;
　　end process;
　　process（reset，txclk）
　　variable tsr，tsr1，oddb1，oddb2： std_logic_vector（7 downto 0）;
　　begin
　　if reset=‘1’ then
　　txcnt_r《=（others=》‘0’）;
　　sout1《=‘1’;
　　state《=start1;
　　cou《=0;
　　elsif txclk’event and txclk=‘1’ then
　　case state is
　　when start1=》
　　if start=‘1’ then
　　if cou=3 then
　　len《=thr;
　　end if;
　　tsr：=thr（7 downto 0）;
　　oddb1：=thr（7 downto 0）;
　　sout1《=‘0’; --起始位
　　txcnt_r《=（others=》‘0’）;
　　state《=shift1;
　　else
　　state《=start1;
　　end if;
　　when shift1=》
　　oddb《=oddb1（7） xor oddb1（6） xor oddb1（5） xor oddb1（4） xor oddb1（3） xor oddb1（2） xor oddb1（1） xor oddb1（0）;
　　sout1《=tsr（0）; --數據位
　　tsr（6 downto 0）：=tsr（7 downto 1）;
　　tsr（7）：=‘0’;
　　txcnt_r《=txcnt_r+1;
　　if （txcnt_r=7） then
　　state《=odd1;cou《=cou+1;
　　end if;
　　when odd1=》 --奇校驗位
　　if oddb=‘1’ then
　　sout1《=‘0’;state《=stop1;
　　else
　　sout1《=‘1’;state《=stop1;
　　end if;
　　when stop1=》
　　sout1《=‘1’; --停止位
　　if cou《4 then
　　state《=start1;
　　else
　　state《=start2;
　　end if;
　　when start2=》
　　tsr1：=thr（15 downto 8）;
　　oddb2：=thr（15 downto 8）;
　　sout1《=‘0’; --起始位
　　txcnt_r《=（others=》‘0’）;
　　state《=shift2;
　　when shift2=》
　　oddb《=oddb2（7） xor oddb2（6） xor oddb2（5） xor oddb2（4） xor oddb2（3） xor oddb2（2） xor oddb2（1） xor oddb2（0）;
　　sout1《=tsr1（0）;--數據位
　　tsr1（6 downto 0）：=tsr1（7 downto 1）;
　　tsr1（7）：=‘0’;
　　txcnt_r《=txcnt_r+1;
　　if （txcnt_r=7） then
　　state《=odd2;
　　end if;
　　when odd2=》 --奇校驗位
　　if oddb=‘1’ then
　　sout1《=‘0’;state《=stop2;
　　else
　　sout1《=‘1’;state《=stop2;
　　end if;
　　when stop2=》
　　sout1《=‘1’; --停止位
　　if len=“0000000000000000” then
　　state《=stop2;
　　else
　　state《=start1;
　　len《=len-1;
　　end if;
　　end case;
　　end if;
　　end process;
　　sout《=sout1;
　　end behav; 其中各信號的說明已在程序中標明了。波形仿真圖如圖1所示。
　　
　　圖1 FPGA數據發送時序仿真圖
　　圖中Din寫入值為3355H，波特率為2400Hz，Start信號始終置邏輯1，即隨時都能發送數據。Reset信號邏輯1時復位，邏輯0時電路開始工作。THR是數據寄存器，文件頭、數據長度以及數據位都先寄存到THR中，Len是數據長度，TSR是低8位數據幀寄存器，TSR1是高8位數據幀寄存器。數據長度Len定為02H，發送時先發送低8位55H，后發送高8位33H，一共發送兩遍。發送的數據格式說明：當發送55H時，其二進制為01010101，則發送的數據的二進制數為00101010111（1位開始位+8位數據位+1位奇校驗位+1位停止位）。
　　單片機部分先對FPGA發送過來的文件頭進行確認，正確就接收文件，否則放棄接收的數據。根據FPGA發送模塊的協議，對串口控制寄存器SCON和波特率控制寄存器PCON的設置即可實現。
　　3 總結
　　目前電子產品的開發中經常要綜合運用EDA技術、計算機控制技術、數字信號處理技術，那么電路各部分經常需要數據交換。本文也是基于此給出這方面應用的實例，供開發者交流。
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