RTC实时时间系统学习笔记(一)---------------UART串口

　　临近研三了,自己倾向于要找数字IC方面的工作,苦于教研室的项目一直都是调板子调板子调板子,真正用到FPGA的很少,,本着"工欲善其事必先利其器"的原则,在网上搜寻如何自学FPGA,一咬牙买了块黑金AX515,拿着上面的小例程一个个实现.第一个我觉得有必要记录一下的就是关于UART串口协议的实现.

　　由于之前也算接触了FPGA(教研室项目用到了Altera的Cyclone iV),所以拿到板子没有从第一个例程开始,直接上手RTC实时时钟系统的实现.先简单描述一下这个系统的功能(网上的资料大把):这个系统的核心是一块DS1302芯片,它的功能大概可以描述成只要给它一个初始值(符合时间格式),它就可以以这个初始值为基础开始计时.DS1302初始值的设定是通过访问寄存器来完成配置,如hour/minute/second都有各自对应的寄存器地址.在这个例程里面,原本官方的做法是将初始值写死在FPGA程序里,上电就通过IIC总线发送到DS1302,DS1302产生的值也通过IIC总线发送回FPGA,然后FPGA通过UART串口发给PC端,再由串口调试助手显示.官方的初始功能大致就是这样,每次复位初始值都是事先写死的,不能更改,因此我的第一个想法就是通过UART发送一个初始值给FPGA,代替原来写死的做法,这样就可以随时改变初始时间,要完成此功能,就需要了解UART串口的工作原理.

　　UART全称是Universal Asychronous Receiver/Transmitter,通用异步收发器,它仅需要一根数据线即可完成数据传输,是最简单的总线协议.UART的格式为1个起始位,5~8个数据位,一个奇偶校验位(可选),一个停止位,如图1:

　　要实现UART串口协议，电路至少需要接收模块、发送模块、波特率产生模块。由于UART串口协议没有时钟信号，因此数据传输的同步只能由波特率产生模块来保证。波特率表示每秒钟传输的位数，单位是波特/秒。为保证正确接收数据，一般接收器采用比波特率更高的时钟频率来对数据进行采样，本项目中接收模块的采样频率和PC发送数据的波特率相等（有待进一步探究），波特率为9600，本地时钟SCLK为50MHz,波特率产生模块先对SCLK进行326分频得到CLK，在接收模块中每隔16个CLK周期接收一位PC端发来的数据，以此保证了每秒传送9600bit数据。数据接收开始的标志是起始位拉低，本例程用下降沿检测电路先检测下降沿，然后另有一个信号监视接收进程的状态，若接收进程处于接收数据的过程中（即一帧数据没有接收完），则拉高；若接收完了一帧，则拉低，即此时进程空闲。当检测到下降沿且进程为空闲状态，则开启一帧数据的接收，每16个CLK时钟周期接收1bit数据，周而复始。其中16是预分频因子（PD），326是波特率因子（BD）。采样接收数据应在数据持续时间的中间时刻进行，例如本例中1bit数据持续16个CLK时钟周期，则采样时刻应在该数据为持续时间的第八个CLK周期进行。本例中BD为326，PD为16，SCLK为50MHz，因此接收模块的实际波特率为50000000/(326*16)=9586，与9600有偏差，累积的位时间错位可能会造成错误，但本例中由于一帧数据的持续时间比较长，这种隐患暂时没有体现出来。