嵌入式UART接口模块的设计

　　在计算机的数据通信中，外设一般不能与计算机直接相连，它们之间的信息交换主要存在以下问题：

　　（1）速度不匹配。外设的工作速度和计算机的工作速度不一样，而且外设之间的工作速度差异也比较大。

　　（2）数据格式不匹配。不同的外设在进行信息存储和处理时的数据格式可能不同，例如最基本的数据格式可分为并行数据和串行数据。

　　（3）信息类型不匹配。不同的外设可能采用不同类型的型号，有些是模拟信号，有些是数字信号，因此采用的处理方式也不同。

　　为了解决外设和计算机之间的信息交换问题，即需要设计一个信息交换的中间环节接口。UART控制器是最常用的接口。

　　通用异步收发器（UniversalAsynchrONousReceiv2er/Transmitter,UART）是辅助计算机与串行设备之间的通信，作为RS232通信接口的一个重要的部分，目前大部分的处理器都集成了UART。

　　1　UART的数据格式

　　UART的数据传输格式如图1所示。

图1　UART的数据传输格式

　　由于数字图像亚像素在计算机中是用8位二进制表示，因此UART传输的有效数据位为8位。传输线在空闲时为高电平，因此有效数据流的开始位设为0。

　　接着传输8位有效数据位，先从最低位开始传送。奇偶检验位可以设置为奇检验、偶校验或者不设置校验位，由于本系统使用的传输速率不高，为了加快开发进程，减少电路面积，因此没有设计奇偶检验模块，数据流中不设奇偶检验位。最后停止位为高电平。

　　2　UART的基本结构

　　设计的UART主要由UART内核、信号检测器、移位寄存器、波特率发生器和计数器组成，如图2所示。

图2　UART基本结构

　　UART各个功能模块的功能如下文所述。

　　2.1　信号检测器模块

　　信号检测器用于对RS232的输入信号进行实时监测，一旦发现新的数据则立即通知UART内核。信号检测器的仿真波形如图3所示。

图3　信号检测器仿真波形图

　　其中，RxD第一次为低时，new_data信号阐述输出，之后RxD又变低，但由于信号检测器处于锁定状态，所以new_data信号并没有输出；最后，reset_n信号将信号检测器复位，RxD再次变低时，new_data又有输出。可见信号检测器的实现完全正确，其功能完全符合设计要求。

　　2.2　移位寄存器模块

　　移位寄存器模块的作用是存储输入或者输出数据。

　　当UART接收RS232输入时，移位寄存器在波特率模式下采集RS232输入信号，且保存结果；当进行RS232输出时，UART内核首先将数据加载到移位寄存器内，再使移位寄存器在波特率模式下将数据输出到RS232输出端口上。移位寄存器的仿真波形图如图4所示。