آموزش پروتکل UART – پیاده سازی ارسال و دریافت داده با زبان VHDL

پروتکل UART چیست؟ پروتکل UART، روشی برای ارسال و دریافت داده آسنکرون به صورت سریال بین گیرنده و فرستنده است که از دو سیم برای ارسال و دریافت استفاده می‌کند و در هر دو جهت، می‌تواند داده را ارسال و دریافت کند. پروتکل UART، یک ارتباط Full Duplex است، یعنی هر دو دستگاه هم‌زمان می‌توانند داده ارسال کنند. از مزیت‌های پروتکل UART، می‌توان به آسنکرون بودن و استفاده نکردن از کلاک مشترک اشاره کرد و همین امر، باعث می‌شود سیم کمتری برای ارتباط بین دو دستگاه نیاز باشد. زبان VHDL چیست؟ VHDL، یک زبان برنامه‌نویسی است که برای توصیف و طراحی سخت‌افزارهای دیجیتال استفاده می‌شود. این زبان، از نظر سخت‌افزاری به منظور ایجاد مدل‌ها، شبیه‌سازی و سنتز توصیفی برای طراحی مدارهای دیجیتال و FPGA به کار می‌رود. اهمیت یادگیری پیاده‌سازی پروتکل UART با زبان VHDL چیست؟ بسیاری از ماژول‌های فرستنده-گیرنده مانند بلوتوث، WiFi ،GSM و سنسورهایی مانند دماسنج و اولتراسونیک، از پروتکل UART برای ارتباط با آن‌ها استفاده می‌کنند. برای اینکه با FPGA بتوانیم با این ماژول‌ها و سنسورها ارتباط برقرار کنیم، داده‌هایی را از FPGA به کامپیوتر توسط مبدل ارسال کنیم یا دستورهای کنترلی را از کامپیوتر به FPGA ارسال کنیم، یادگیری نحوه پیاده‌سازی پروتکل UART در FPGA توسط زبان‌های سخت‌افزار مانند زبان VHDL یا Verilog مورد نیاز است. در این فرادرس چه چیزی یاد می‌گیریم؟ در این آموزش، ابتدا با پروتکل UART آشنا می‌شویم و نحوه ارسال و دریافت داده توسط این پروتکل را یاد می‌گیریم. سپس ماشین حالت برای پیاده‌سازی فرستنده را طراحی می‌کنیم تا دیتا فریم لازم برای ارسال داده از فرستنده به گیرنده را ایجاد کند. در ادامه، ماشین حالت برای پیاده‌سازی گیرنده را طراحی می‌کنیم تا داده‌های ارسال‌شده از سمت فرستنده را در زمان‌های مناسب نمونه‌برداری کرده و بیت‌های داده را از سیگنال دریافتی استخراج کند. همچنین عملکرد ماژول فرستنده و گیرنده‌ای که پیاد‌ه‌سازی کردیم را توسط تست بنچ بررسی خواهیم کرد. برای پیاده‌سازی و شبیه‌سازی پروتکل UART از نرم‌افزار ISE و زبان VHDL استفاده خواهیم کرد.

فرادرس

سپهر کوزه‌گران