异步通信起始位正确检测的VHDL实现

　　概述

　　随着电子设计自动化(EDA)技术的发展，可编程逻辑器件FPGA/CPLD已经在许多方面得到了广泛应用，而UART(通用异步收发器) 是在数字通信和控制系统中广泛使用的串行数据传输协议。因此越来越多用户根据自己的需要，以EDA技术作为开发手段，用一块FPGA/CPLD设计出符合自己需要的UART芯片。基于FPGA/ CPLD的UART设计在诸多文献中都有论述，在此不再对UART整个功能模块实现做太多的论述。本文着重分析UART接收器起始位的检测。

　　3倍频采样的缺陷

　　首先，串行异步通信规定了字符数据的传送格式。每一帧数据由起始位、数据位、奇偶校验位、停止位和线路空闲状态组成，格式如图1所示。一般情况起始位为1位，数据位为5、6、7或8位、奇偶校验位为1位，停止位为1、1.5或2位。其中的起始位和停止位就是用来实现字符的同步。在空闲状态,传送线为逻辑“1”状态。数据的传送总是以一个“起始位”开始的,接着是要传送的若干数据位,低位先行,最后是一个“1”状态的“停止位”;那么，当接收器检测到一个“1”向“0”的跳变时，便视为可能的起始位。起始位被确认后,就知道发送器已开始发送，当接收了已协议好的位数后并接收到字符帧中停止位就是一帧字符数据已发送完毕。这样，接收器就知道发送器何时开始发送数据和何时结束发送数据。

　　图1　异步通信字符帧格式

　　要提高接收器的接收准确性，减少误码率，必须要用比数据波特率高n 倍(n≥1)的速率对数据进行采样。文献2中采用了非常规的3倍频采样方法：用3倍频的波特率对每一位数据进行采样(如图2所示)，然后对3次采样结果进行判决。如果3次采样中至少有2次为高电平，则接收这一位数据被判决为高电平，否则，为低电平。