FPGA零基础学习之Vivado-UART驱动教程_1

本系列教程旨在为FPGA初学者提供全面且易于理解的指导，涵盖从基础数字电路到具体作步骤，以确保学者能够系统性地掌握FPGA开发技术。通过“傻瓜式”教学，无论是电子、信息、通信类专业学生，还是职场新人或有志于技术进阶的开发者，都能从中受益。本次介绍的是Vivado-UART驱动教程，让我们直入主题。

UART，全称为通用异步收发器，是一种广泛应用于串行数据传输的接口，具备双向通信能力。在UART中，数据以串行方式在两个设备之间传输，实现接收与发送。

在理解UART之前，我们先简述一下串行通信的原理。以A与B之间进行数据传输为例，每次传输8位数据。在串行通信中，数据通过一根共享的线缆依次传输，每次仅发送1位。而并行通信则利用8根线缆，一次传输所有8位数据。串行通信的异步性体现在双方使用不同时钟，确保数据正确传输。

为了实现通信，双方需要通过串口线进行物理连接。早期常使用DB9接口，但其体积较大、不便携带，现已逐渐被淘汰。现今多采用USB转串口芯片，如CP2102，它不仅为开发板供电，还提供串口数据传输功能，无需考虑电平标准。

接下来，我们将深入UART传输规则的探讨。当发送端没有数据发送时，接收端若持续接收，可能导致数据错误。因此，UART设计了启动接收机制，规则如下：

1. 空闲态时，数据线上为高电平。

2. 发送数据前，发送一个起始位，逻辑电平为低。

3. 起始位后，接着发送8位数据，从低位开始。

4. 数据传输完毕，发送一个校验位，采用奇偶校验法（可选）。

5. 停止位，为高电平，长度为1位、1.5位或2位。

理解了这些规则，我们还需关注1位数据的时间长度，即波特率。波特率表示每秒传输的位数，常见的值有9600、14400、19200等。在相同波特率下，数据传输更为直观。已知波特率为9600时，1位数据的持续时间约为104166ns。在此基础上，我们将进行回环测试，验证UART功能。

首先，新建Vivado工程，选择存放位置，命名为uart，并选中芯片型号XC7A35TFGG484-2。接下来，编写接收与发送代码，实现数据读写。为确保数据的顺利传输与接收，还需引入FIFO进行缓冲，参数设置为深度2048、位宽8位，暂不使用复位信号。

完成模块设计后，进行逻辑验证。通过仿真模拟数据传输过程，确保接收与发送机制正常运作。当接收模块接收到数据后，数据将被写入FIFO，而发送模块在读取FIFO数据后，将数据准确发送出去，验证通过。

至此，我们成功完成了UART驱动的实现。后续将带来更多Vivado、ISE、Quartus II、Candence等设计教程，以及学、项目推荐等。希望读者能够持续关注并积极参与讨论。