基于RS422通信的FPGA软件设计第一天

Posted 2021-06-06 皇甫春云

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了基于RS422通信的FPGA软件设计第一天相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

基于RS422通信的FPGA软件设计报告

一、需求分析

1 设计输入

1）发送端采用RS-422标准异步串行协议，波特率为115.2kbps，每个字节发送时包含1bit起始位，8bit数据位，1bit奇校验位，1bit停止位。数据字节内部的传输顺序为低位在前高位在后，高字节在前低字节在后。

2）软件版本使用Vivado，硬件平台选择Xilinx A7系列XC7A100T_2FGG484；

3）FPGA的系统时钟为40MHz；

2 具体要求

1）设计一个异步422接收端FPGA软件，并将接收到的数据按字节写入FPGA内部FIFO中；

2）要求画出软件实现流程图；

3）软件编写完成后，要求对其输出接口进行仿真，并给出仿真结果；

二、详细设计

我们都知道，在一般情况下我们会使用串口进行通讯，但是这种串口只适合连接2个设备之间，因此存在很多不方便之处（比如我们进行一对多的通讯），制约了串行数据的收发，这个时候我们就可能需要用到485通讯协议。除了RS485以外，常见的还有RS232和RS422。

1 RS485、RS232、RS422各协议简介

RS485：2线式（A、B）、半双工、点对多主从通讯（4线制因只能点对点已经淘汰）

RS485采用差分信号负逻辑，同一总线上最多可以挂接32个节点。缺点就是共模干扰问题和EMI问题。

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RS232：3线制（RXD、TXD、GND）、全双工、点对点通讯（因点对点通讯方式而无法联网，导致出现RS485）

RS232是异步传输接口，即电脑上的COM口，有9个引脚（DB-9）或者是25个引脚（DB-25）的型态出现。RS232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。

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RS422：4线制、全双工、点对多主从通讯（实际上还有一根信号地线，共5根线）

RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”。允许在相同传输线上连接多个接受节点，最多可接256个节点。

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2 RS485、RS232、RS422的区别

1）通讯距离

RS232口最大通讯距离是15米，而RS422/485最大通讯距离是1200米。

2）所连接设备个数

RS232只能连接一个设备，而RS485可以连接多个设备。

3）这三种端口的定义

RS232是标准接口，为D形9针头，所连接设备的接口的信号定义是一样的。

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而RS422/RS485为非标准接口，一般为15针串行接口（也有使用9针接口的），每个设备的引脚定义也不一样。另外还需要说明的是，RS422和RS485也有区别：RS422为4线制，全双工模式；RS485为两线制，半双工模式。

RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，RS-232是PC机与通信中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯，而RJ45接口通常用于数据传输，最常见的应用为网卡接口。

9针RS232串口线序（DB9）

1 CD 载波侦测（Carrier Detect）

2 RXD 接收数据（Receive）

3 TXD 发送数据（Transmit）

4 DTR 数据终端准备（Data Terminal Ready）

5 GND 地线（Ground）

6 DSR 数据准备好（Data Set Ready）

7 RTS 请求发送（Request To Send）

8 CTS 清除发送（Clear To Send）

9 RI 振铃指示（Ring Indicator）

至于哪一个是1，我们要看具体的线材，分为交叉和直接两种接法（下图是普通的接口图，一般1234的位置都是这样的）：

3 RS232，RS485的特性区别

1）RS485的电气特性：首先，逻辑性简单，十分容易表示。逻辑“1”表示的就是2到6V的电压值，逻辑“0”表示的就是-2到-6V的电压值。接口方面不易损坏，耐用。并且能与TTL兼容，使用方便，便捷。

2）RS485的数据最高传输速率为10Mbps。

3） RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，也就是说有很不错的抵御外界干扰的能力。

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4） RS485接口拥有最大的传输长度规定是3900英尺，但是实际上应该能达到 2900M，并且RS232-C接口只能有一个发生器与它连接，这就叫做单站能力。但是RS485接口它可以在总线上与其他一百二十八个发生器相连。这就叫做多站能力,所以说使用者就能够使用一个RS485接口非常简单地建立起设备网络。

并且RS485有十分不错的抵抗外界干扰的能力，正是因为它拥有很远的传输距离，然后还有多站能力，这才使它在工业上得到了广泛响应。正是由于RS485接口组成的半双工网络，通常来讲要2根线，也是因为这样RS485接口都使用的是屏蔽双绞线传输。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，智能终端RS485接口采用DB-9孔，与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9针。

4 RS232与RS422之间转换原理和接法

大多数的时候我们日常生活中对视频、录像、换台等直接的播出以及切换控制用到的都是串口接口，绝大多数用到的都是RS232、RS422与RS485这3种。之后我们要说的就是串口的规定，用到的部件和电缆，我们将对他们进行分别阐述。

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RS232、RS422与RS485标准仅仅是关于接口的电气特点存在标准，它是不会关系到插件、电缆和协议，建立在这个要求之上我们使用者能够建立属于我们的高层通信协议。

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RS232、RS422和RS485他们都属于串行的数据接口，并且还都是由EIA颁发的，RS232是于1962年颁发的。RS422完全是RS232改进而来的，为了提高RS232通信长度不够用、效率不高的问题，RS422规定了一种平衡通信接口，它能够把传输速率提升至10Mbps，传输长度提高至3900英尺处于速率小于100Kbps时，还能够在一条平衡总线上连接十个接收器。

故整体的设计思路是先完成单个的RS232通信，然后再在程序中进行例化声明，来实现RS422的通信即可。