嵌入式UART接口模塊的設計

　　在計算機的數據通信中，外設一般不能與計算機直接相連，它們之間的信息交換主要存在以下問題：

　　（1）速度不匹配。外設的工作速度和計算機的工作速度不一樣，而且外設之間的工作速度差異也比較大。

　　（2）數據格式不匹配。不同的外設在進行信息存儲和處理時的數據格式可能不同，例如最基本的數據格式可分為并行數據和串行數據。

　　（3）信息類型不匹配。不同的外設可能采用不同類型的型號，有些是模擬信號，有些是數字信號，因此采用的處理方式也不同。

　　為了解決外設和計算機之間的信息交換問題，即需要設計一個信息交換的中間環節接口。UART控制器是最常用的接口。

　　通用異步收發器（UniversalAsynchrONousReceiv2er/Transmitter,UART）是輔助計算機與串行設備之間的通信，作為RS232通信接口的一個重要的部分，目前大部分的處理器都集成了UART。

　　1　UART的數據格式

　　UART的數據傳輸格式如圖1所示。

圖1　UART的數據傳輸格式

　　由于數字圖像亞像素在計算機中是用8位二進制表示，因此UART傳輸的有效數據位為8位。傳輸線在空閑時為高電平，因此有效數據流的開始位設為0。

　　接著傳輸8位有效數據位，先從最低位開始傳送。奇偶檢驗位可以設置為奇檢驗、偶校驗或者不設置校驗位，由于本系統使用的傳輸速率不高，為了加快開發進程，減少電路面積，因此沒有設計奇偶檢驗模塊，數據流中不設奇偶檢驗位。最后停止位為高電平。

　　2　UART的基本結構

　　設計的UART主要由UART內核、信號檢測器、移位寄存器、波特率發生器和計數器組成，如圖2所示。

圖2　UART基本結構

　　UART各個功能模塊的功能如下文所述。

　　2.1　信號檢測器模塊

　　信號檢測器用于對RS232的輸入信號進行實時監測，一旦發現新的數據則立即通知UART內核。信號檢測器的仿真波形如圖3所示。

圖3　信號檢測器仿真波形圖

　　其中，RxD第一次為低時，new_data信號闡述輸出，之后RxD又變低，但由于信號檢測器處于鎖定狀態，所以new_data信號并沒有輸出；最后，reset_n信號將信號檢測器復位，RxD再次變低時，new_data又有輸出。可見信號檢測器的實現完全正確，其功能完全符合設計要求。

　　2.2　移位寄存器模塊

　　移位寄存器模塊的作用是存儲輸入或者輸出數據。

　　當UART接收RS232輸入時，移位寄存器在波特率模式下采集RS232輸入信號，且保存結果；當進行RS232輸出時，UART內核首先將數據加載到移位寄存器內，再使移位寄存器在波特率模式下將數據輸出到RS232輸出端口上。移位寄存器的仿真波形圖如圖4所示。