使用Vivado和VerilogHDL开发UART模块

1. UART 介绍

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是通用异步收发传输器的简称，也通常被称为通用异步串行通信接口。它是目前比较常用的一种串行通信方式，主要用于计算机和外部设备间的通信。

所谓串行通信是指数据在传输过程中是通过一位一位地进行传输来实现通信的，这种通信方式具有传输线少，成本低等优点，但一般传输速度较慢。当然，由于传输速度与距离成反比，所以这一缺点反而给串口的远距离通信带来了优势。

串口的引脚一般为DB9 接口，即9 针接口，其外观如图5.25 所示。

图5.25　DB9 的公头与母头接口

图5.25 左边为串口公头，右边为串口母头。其引脚编号定义，公头是按照图中从左到右、从上到下的顺序依次从1～9 编号；母头则刚刚相反，按照从右到左、从上到下的顺序依次从1～9 编号，如图5.26 所示。9 针引脚的具体功能定义见表5.10。

图5.26　引脚编号示意图

表5.10　DB9 串口引脚定义(www.xing528.com)

其中，最常用的只有3 个引脚，即RXD、TXD 和GND，其他几个引脚都是作为握手信号使用，在通信中也可以不使用。

2. 串口的电气标准

串口根据电气标准及协议，可以分为RS-232、RS-422、RS-485 等。其中RS-232 是PC 与工业控制应用中最为广泛的一种接口标准，被定义为低速串行通信中增加通信距离的单端标准，其数据采用单端传输，即所谓不平衡传输。而RS-422、RS-485 采用所谓的平衡传输，即每个信号采用一对双绞线差分传输。

而UART 包括了两种常见的电气标准，即TTL 电平和RS-232 电平。TTL 电平为3.3 V或5 V，能直接兼容很多3.3 V 的处理器，而RS-232 则为负逻辑电平，其电平标准规定，+5～+12 V 为低电平；-5～-12 V 为高电平。PC 机的串口则采用的是RS-232 电平标准，而一般的处理器数字信号输出为5 V 或3.3 V，这使得电平不兼容，无法正常实现通信。因此，为了实现负逻辑电平，往往需要在电路中通过转换电路实现电平过渡。

在常见的串口电平转换电路中，使用最多的是采用MAX232 电平转换芯片，实现负逻辑电平转换，该芯片支持3.3 V 或5 V 的电平，常见电路如图5.27 所示。

图5.27　MAX232 电平转换电路