FPGA开发实用教程基千Xilinx和Verilog HDL -习题及答案 ch08 串口通信实验

串口通信实验简述同步通信和异步通信的特点，UART通信属于这两种通信方式中的哪一种？异步通信收发设备使用各自的时钟。异步通信在发送字符时,所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符,为保证收发双方同步,每个字符的开始和结束的地方必须加上标志,即加上起始位和停止位,以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。特点:由于不要求收发双方时钟严格一致,因此容易实现,通信设备简单、便宜。但为保证收发双方同步,每个字符均需附加起始位、停止位,因此传输效率不高。同步通信发送与接收设备使用同一个时钟,双方本身完全同步,从理论上说,不需要人为增加同步措施,但实际上还是要增加一些同步措施的(同步通信把几十到几千个字符组成一个帧,每帧的开始要附加同步字符)。异步通信在发送字符时,所发送的字符之间没有时间间隔。特点:收发双方不停地发送和接收连续的字符,传输效率高,特别适合批量数据的传送;但它要求在通信中保持精确的同步,实现较异步通信复杂。UART属于异步通信。简述UART物理层和数据帧格式。数据帧格式：UART通信将数据划分为连续的数据帧。每个数据帧包括起始位（StartBit）、数据位（DataBits）、可选的奇偶位（ParityBit）和停止位（StopBit）。起始位标识了数据帧的开始，数据位是要传输的实际数据，奇偶校验位用于检测和纠正传输错误，停止位表示数据帧的结束。假设要进行通信的字符格式为1个起始位、8个数据位、1个奇校验位和1个停止位，请画出通信时字符"C"的帧格式。根据给定的字符格式，画出字符"C"的帧格式如下：```起始位数据位奇校验位停止位------------------------------------------------00100001111```解释每个部分的含义：-起始位（StartBit）：始终为逻辑0，用于标识一个字符数据的开始。-数据位（DataBits）：以二进制形式表示字符数据。对于字符"C"，对应的ASCII码是67，二进制表示为01000011。-奇校验位（ParityBit）：校验位用于在传输过程中检测数据传输错误。对于奇校验，校验位被设置为使数据位中1的个数（包括校验位本身）为奇数。在这个例子中，数据位中有三个1，所以奇校验位被设置为1。-停止位（StopBit）：始终为逻辑1，用于标识一个字符数据的结束。所以，字符"C"的帧格式为：起始位（0），数据位（01000011），奇校验位（1），停止位（1）。实际通信时，这个帧格式会按照一定的时间间隔被传输出去，接收端会解析这些位并还原成字符数据。如果数据位为8位，无校验位，停止位为1位，波特率为9600baud,那么每20ms最多可以发送多少字节数据？要计算每20毫秒最多可以发送多少字节数据，我们首先需要确定每秒钟能够发送的位数（baudrate），然后将其转换为字节数。给定的条件如下：-数据位为8位-无校验位-停止位为1位-波特率为9600baud（即9600位每秒）首先，我们需要计算每位的时间长度（bittime）：bittime=1/波特率在本例中，bittime=1/9600≈0.0001041667秒然后，计算每字节发送所需的时间（bytetime）：bytetime=(8+0+1)xbittime其中，8表示数据位数，0表示无校验位，1表示停止位。在本例中，bytetime=(8+0+1)x0.0001041667≈0.0009375秒现在，我们可以计算每20毫秒（0.020秒）最多可以发送多少字节数据：maximumbytes=0.02/bytetime在本例中，maximumbytes=0.020/0.0009375≈21.3333因此，每20毫秒最多可以发送约21字节的数据。请注意，这是一个理论上的最大值，实际情况可能受到其他因素的影响，如通信协议的开销、系统延迟等。在u_uart_trans模块中，为什么在发送完停止位后还要连续发送3次才跳转到TX_IDLE状态？在UART协议中，发送完一个字符的停止位后，通常存在一些时钟周期的间隔，以确保接收方能够正确接收到停止位后的信号。这个间隔被称为"发送延迟"或"发送间隔"。发送延迟是为了保证接收方能够在完整接收停止位后进行下一字符的接收。这种设计可以在接收方的采样点提供一定的冗余时间，以提高接收的可靠性和准确性。通常，发送延迟的长度是以时钟周期计算的。连续发送3次是为了确保在不同的时钟周期内提供足够的发送延迟，以满足各种接收端设备的要求。通过发送额外的位数，可以提供更长的