Abstract — In this paper a description it is of theoretical and practical operation of the serial communication between an FPGA and a workstation in this case a computer. Using a mini USB serial module. Index terms — FPGA, IP, Xilinx, SPARTAN

I. INTRODUCCIÓN

En este documente desarrollado como una guia para el estudiante básica para un contacto primario con el tema de comunicación serial se trata del funcionamiento teórico y práctico de la comunicación serial entre una FPGA y una terminal de trabajo en este caso una computadora. Usando un modulo serial USB mini.

II. DESARROLLO DEL ARTÍCULO

1. UART

Figura 1. UART Caracteristicas

2. Estandar RS232

EIA/TIA RS-232C, es una Interfaz que designa una norma Para el intercambio de una serie de datos binarios entre un DTE (Data Terminal Equipment, “Equipo Terminal de Datos”) y

un DCE (Data Communication Equipment, Equipo de Comunicación de Datos)

Figura 2.EIA- TIA RS232

1.1. PUERTO RS232

Figura 3. Puerto RS232 Graficamente

Un puerto serie o puerto serial es una interfaz de comunicaciones de datos digitales, frecuentemente utilizado por computadoras y periféricos, donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez, en contraste con el puerto paralelo que envía varios bits simultáneamente.

. La comparación entre la transmisión en serie y en paralelo se puede explicar usando una analogía con las carreteras. 

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Universal Asynchronous receiver and transmitter

Dispositivo que envia datos paralelos sobre

una linea serie.

Velocidad 10KBytes/s

Permite la comunicación de dúplex completo

bidireccional

Utiliza un conector de 9 pines "DB-9" (equipos antiguos utilizan

25 pines "DB-25").

Damián Pérez, Fernando Untuña, José Luis Moreno .A – ESPE

Comunicación Serial FPGA

1.2. CLASIFICACION DE UART

Figura 4. Clasificación de UART

Procedimiento: Cuando la línea serie no lleva datos (iddle) está a

“1”. La transmisión comienza con un bit de start

(“0”), seguido por los bits de datos (6,7, o 8), un bit opcional de paridad (paridad par (igual a cero cuando hay un número par de unos) o impar) y finaliza con los bits de stop (1, 1.5 o 2).

Antes de iniciarse la transferencia, el emisor y el transmisor deben ponerse de acuerdo en lo que se transmite y además en la velocidad de transmisión (baud rate: bits por segundo).

3. RECEPTOR

Figura 5. Receptor en UART

MÓDULO GENERADOR DE BAUD RATE

Figura 6. Modulo generador de baud Rate

4. Modulo Receptor

Receptor, en el área de comunicación, es el dispositivo que recibe la información que envía el emisor. esto quiere decir que es un modulo que ayuda al momento de estar recibiendo las señales hacia el modulo y luego a la FPGA

5. Transmisor

Figura 6. Transmisor en UART

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UART

Transmisor

Carga los datos en paralelo para transmitirlos

velocidad determinada

comenzando por LSB

Receptor

Recibe los bits uno a uno y reensambla

el dato completo

RECEPTOR

Modulo Generador

de Baud Rate

Modulo Receptor

Módulo Interface

Su función será generar un “tick” 16 veces por baud rate.“tick” no se comporta como un reloj, sino mas bien como un enable, porque valdrá “1” durante un ciclo de reloj

Si el baud rate es de 19.200 ciclos por segundo, la frecuencia de muestreo debe ser 19.200 *16= 307.200 ticks por segundo.

Si el reloj de la placa (en spartan) es de 50 Mhz, entonces hay que generar un tick cada 163 ciclos de reloj.

TRANSMISOR

Modulo Generador

de Baud Rate

Modulo Transmisor

Modulo Interface

6. Modulo Transmisor.

Figura 7. Caracteristicas Modulo Transmisor

7. UAR Completa Transmisión y Recepcion.

Figura 8. UART completa Rx y Tx

8. Modulo Serial USB mini

Figura 8. Caracterisiticas modulo Usb.

9. Requerimientos Del Sistema

Figura 10. Requerimientos del Sistema

10. Adaptador Serial - Usb (mini)

Figura 11. Modulo Usb Mini Fisico

Ventajas uso de Modulo USB(mini o micro)

Poco consumo de energía Alimentado directamente del USB de la estación

de trabajo Pequeño tamaño usado para electrónica 4 Pines RX TX VCC GND Bajo costo comparado a prestaciones.

III. DESARROLLO DE LA APLICACIÓN3

Envia uno a uno los bits a una determinada velocidad

no hay muestreo de bits, la frecuencia de los ticks

es 16 veces más lenta que en el caso del receptor.

El PL-2303 USB es un adaptador serie un accesorio inteligente y conveniente para la conexión de dispositivos a través de RS-232 a su ordenador host de Windows equipado con USB.

Proporciona una conexión puente con un conector estándar DB macho de 9 pines del puerto serie en un extremo y un conector macho tipo A USB estándar en el otro extremo.

Permite una forma sencilla y fácil de añadir conexiones en serie con el PC sin tener que ir a través de la inserción de una tarjeta de serie y la configuración del puerto tradicional.

Windows 2000, Windows

XP, Windows Vista, or Windows 7 Sistema Operativo

AMD or Intel Pentium 133MHz o posteriror.

USB 1.1 o puerto superiror.

USB-to-Serial Cable Adapter e Instalador.

DECLARACION DE VARIABLES PARA INICIALIZAR LA OMUNICACION RX

Figura 12. Diagrama de bloque suma A y B

DESALLORRO DE PROGRAMA TX

Usando el listado de las direcciones físicas de la FPGA se obtienen los valores para cargarlos en el programa de esta manera están asignados los puertos a usarse en esta aplicación.

En este caso los puertos para transmitir los datos y los cuales serán encaminados correctamente hasta la estación de trabajo en este caso un computador.

Figura 9. Nuevo proyecto

Habiendo seleccionado los puertos y teniendo una vista de como se vera el programa en una vista de diagrama electrónico queda así.

Figura 10. Vista de diagrama electrónico

Se cargan los datos que serán reconocidos por el hyperterminal de la estación de trabajo usando código binario para de esa manera formar nuestra frase en este caso SERIAL VLSI 3

Figura 11. Decodificación de datos 8 bits

Grabando la tarjeta con el programa de transmisión serial

Figura 13. Imagen Captada por Hyperterminal

Captación de datos a través de Hyperterminal.

Cabe aclarar que la comunicación se la realiza en la maquina virtual para FPGA y los datos leídos son capturados por Hyperterminal para windows 8.1.

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11. CONCLUSIONES

Comunicación serial se refiere a funciones tanto de recepción como de transmisión y según como este su configuración se pueden utilizar en cualquier aplicación, de manera que se ahorrara tiempo al momento de programar dicha aplica-ción.

Los dispositivos FPGA que contienen procesa-dores integrados y otras funciones implementa-das en forma de módulos de hardware (hard - core) en este caso el modulo PL2303 el cual es indis-pensable para la comunicación serial con la fpga.

El modulo PL-2303 permite una forma sencilla y fácil forma de añadir conexiones en serie con el PC sin tener que ir a través de la inserción de una tarjeta de serie y la configuración del puerto tradicional.

La comunicación serial reduce el uso de pines ya que comúnmente se usan 2 pines, uno para Transmisión datos (TXD) y otro para recepción de datos (RXD), comparado si se usa un método de 8 bits que se usan en la comunicación parale-la.

12. RECOMENDACIONES

Investigar cada parámetro que sea necesario para el uso de un modulo, en este caso para poder emplear el modulo PL2303 fue necesario conse-guir el driver para dicho modulo, con cual este módulo funciona sin ningún problema.

Para grabar el programa es recomendable prime-ro chequear la sintaxis del programa generado, de manera que al momento de grabar en la tarje-ta FPGA, ya se tenga la seguridad del funciona-miento sea correcto.

Investigar los módulos que se puede realizar en todas las versiones de FPGA, ya que cada categoría tiene diferentes módulos para ge-nerar, pero la sintaxis es similar la una a la otra.

13. REFERENCIAS

[1] Departamento de eléctrica y electrónica/Di-seño sobre FPGA.http://deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/1453pub.pdfExtraido el día 11 de enero del 2015.

[[2] PL2303 Datasheet, Prolific Technology.http://www.electronicaestudio.com/docs/PL2303.pdfExtraido el día 12 de enero del 2015.

[3] Prolific Drivers.http://plugable.com/drivers/prolificExtraído el día 12 de enero del 2015.

14. BIOGRAFÍAS:

Damián Pérez Moreira, nace el 16 de mayo de 1990 Pichincha, Quito. Sus estudios primarios los realizo en la escuela señora de Loretto, sus estudios segundarios los realizo en el colegio fiscomicional Sagrado Corazón en la provincia de Esmeraldas con título de físico matemático. Realiza sus estudios superiores actualmente en la universidad de las fuerzas armadas (ESPE) en la carrera de Electrónica Automatización y Control.

Fernando Untuña, nació el 28 de Noviembre de 1990, en la ciudad de Santo Domingo - Ecuador, Sus estudios primarios fueron realizados en la Escuela "Cuidad de Caracas", sus estudios secundarios en el Colegio "Julio Moreno Espinosa" donde se graduó como bachiller en físico matemático, realizó la suficiencia del idioma ingles en el departamento de idiomas de la institución, actualmente cursa el octavo nivel de educación universitaria en la carrera de “Ingeniería Electrónica Automatización y Control” en la "Escuela Politécnica del Ejército".

José Luis Moreno .A, nació el 19 de Enero de 1992, en la ciudad de Quito - Ecuador, Sus estudios primarios fueron realizados en la Escuela "Eugenio Espejo", sus estudios secundarios en el Colegio "Eugenio Espejo" donde se graduó como bachiller en físico matemático, , actualmente cursa el segundo nivel de educación universitaria en la carrera de “Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones” en la "Escuela Politécnica del Ejército".

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