FPGA中UART串口模块

本文本质为学习笔记的总结基本原理不在赘述。下面是串口读模块用串口uart_rxd将外部输入的串行数据转换为并行数据由uart_data输出。module UART_get( input sys_clk,//系统时钟 input sys_rst_n,//系统复位低电平有效 input uart_rxd,//数据输入端口将此端口传入的串行数据转化为并行数据存在uart_data中 output reg [7:0] uart_data,//存储串行数据转换后的并行数据 output reg uart_done//数据接收完毕标志信号当数据接收完后变为高电平 ); //********************只需修改下面参数即可移植******************************** parameter CLK50_000_000;//频率 parameter BPS115200;//波特率 //************************************************************************* parameter BaudCLK/BPS;//计数次数 reg uart_rxd_d0;//用于消除起始信号的亚稳态 reg uart_rxd_d1;//用于消除起始信号的亚稳态 reg rx_flag;//数据帧标志位接收当起始信号出现后被拉为高电平数据可以开始接收 reg [3:0]rx_cnt;//数据位计数0位是起始位1--8为数据位9可以为校验位但这里没有设置校验位 reg [15:0]clk_cnt;//波特率计数 reg [7:0]rx_data;//用于寄存串转并的数据 wire start_flag;//下降沿检测标志位 always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//消除亚稳态 if(sys_rst_n0)begin//复位置为高电平表示数据位未开始 uart_rxd_d01; uart_rxd_d11; end else begin uart_rxd_d0uart_rxd; uart_rxd_d1uart_rxd_d0; end end assign start_flaguart_rxd_d1(~uart_rxd_d0);//检测uart_rxd下降沿,uart_rxd下降沿表示起始位 always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//数据帧标志位设置 if(sys_rst_n0)rx_flag0;//复位清零 else if(start_flag1)rx_flag1;//uart_rxd下降沿检测标志位为真开启数据帧标志位开始数据接受 else if((rx_cnt4d9)(clk_cntBaud/2))rx_flag0;//表示数据接收完毕后的一半波特率时将数据帧标志位关闭 else rx_flagrx_flag;//其它情况数据帧标志位不变 end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//波特率计数 if(sys_rst_n0)clk_cnt0;//复位清零 else if(rx_flag1)begin//在开启数据帧标志位的情况下开始计数 if(clk_cntBaud)clk_cntclk_cnt1;//计数不到一个波特率周期就继续计数 else clk_cnt0;//否则计数清零 end else clk_cnt0;//数据帧标志位未开启的情况下计数始终为0 end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//数据位计数 if(sys_rst_n0)rx_cnt0;//复位清零 else if(rx_flag1)begin//在开启数据帧标志位的情况下开始计数 if(clk_cntBaud-1)begin//并且每到一个波特率周期进行一次计数 if(rx_cnt9)rx_cnt0;//计数完就清零 else rx_cntrx_cnt1;//否则继续计数 end end else rx_cnt0;//数据帧标志位未开启的情况下计数始终为0 end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//接收数据并进行串转并 if(sys_rst_n0)rx_data0;//复位清零 else if(rx_flag1)begin//在开启数据帧标志位的情况下开始接收数据并进行串转并 if(clk_cntBaud/2)begin//计数一半时串口uart_rxd_d1的数据相对要更稳定此时读取串口上的数据更稳妥 case(rx_cnt) 4d1:rx_data[0]uart_rxd_d1; 4d2:rx_data[1]uart_rxd_d1; 4d3:rx_data[2]uart_rxd_d1; 4d4:rx_data[3]uart_rxd_d1; 4d5:rx_data[4]uart_rxd_d1; 4d6:rx_data[5]uart_rxd_d1; 4d7:rx_data[6]uart_rxd_d1; 4d8:rx_data[7]uart_rxd_d1; default:rx_data0; endcase end end end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//数据接收完的情况处理 if(sys_rst_n0)begin uart_done0;//复位将数据接收完的标志位置零 uart_data0;//接收在寄存器中的数据清零 end else if(rx_cnt4d9)begin//计数到第9位说明数据已经接收完毕 uart_done1;//将数据接收完的标志位置1数据帧标志位将被关闭数据接收将停止 uart_datarx_data;//将寄存器中完整的数据转移并保存到uart_data中 end else begin uart_done0;//其它情况数据接收完的标志位置零 uart_datauart_data;//数据保持 end end endmodule下面是串口写模块输入并行数据uart_din,并串转换后由串口uart_txd输出。module UART_put( input sys_clk,//系统时钟 input sys_rst_n,//系统复位低电平有效 input uart_en,//发送使能信号高电平有效 output reg uart_txd,//数据发送端口 input [7:0] uart_din//需要发送的数据 ); parameter CLK50_000_000;//频率 parameter BPS115200;//波特率 parameter BaudCLK/BPS;//计数次数 reg uart_en_d0;//用于消除起始信号的亚稳态 reg uart_en_d1;//用于消除起始信号的亚稳态 reg tx_flag;//数据帧标志位发送 reg [3:0]tx_cnt;//数据位计数0位是起始位1--8为数据位9为停止位10可以为校验位但这里没有设置校验位 reg [15:0]clk_cnt;//波特率计数 reg [7:0]tx_data;//寄存器将需要发送的数据寄存一下 wire en_flag;//下降沿检测标志位 always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//消除亚稳态 if(sys_rst_n0)begin uart_en_d01; uart_en_d11; end else begin uart_en_d0uart_en; uart_en_d1uart_en_d0; end end assign en_flaguart_en_d0(~uart_en_d1);//检测上升沿即使能信号传输过来的瞬间的下降沿 always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin if(sys_rst_n0)tx_data0;//复位清零 else if(en_flag1)tx_datauart_din;//下降沿出现瞬间将需要发送的数据寄存 else tx_datatx_data;//其余时间保持寄存器的数据 end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin if(sys_rst_n0)tx_flag0;//复位清零 else if(en_flag1)tx_flag1;//当检测到使能信号的下降沿后en_flag会被拉高从而开启数据帧标志位 else if((tx_cnt4d9)(clk_cntBaud/2))tx_flag0;//当数据传输完毕后的半个波特率后数据帧标志位关闭 else tx_flagtx_flag; //其余时间里数据帧标志位保持不变 end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin//波特率计数 if(sys_rst_n0)clk_cnt0;//复位清零 else if(tx_flag1)begin//在开启数据帧标志位的情况下开始计数 if(clk_cntBaud)clk_cntclk_cnt1;//计数不到一个波特率周期就继续计数 else clk_cnt0;//计数完就清零 end else clk_cnt0;//数据帧标志位未开启的情况下计数始终为0 end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin if(sys_rst_n0)tx_cnt0;//复位清零 else if(tx_flag1)begin//在开启数据帧标志位的情况下开始计数 if(clk_cntBaud-1)begin//并且每到一个波特率周期进行一次计数 if(tx_cnt9)tx_cnt0;//计数完就清零 else tx_cnttx_cnt1;//否则继续计数 end end else tx_cnt0;//数据帧标志位未开启的情况下计数始终为0 end always(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin if(sys_rst_n0)uart_txd1;//复位发送端拉高 else if(tx_flag1)begin//在开启数据帧标志位的情况下开始发送数据 if(clk_cnt0)begin//每个波特率周期发送一次 case(tx_cnt) 4d0:uart_txd0;//起始位 4d1:uart_txdtx_data[0]; 4d2:uart_txdtx_data[1]; 4d3:uart_txdtx_data[2]; 4d4:uart_txdtx_data[3]; 4d5:uart_txdtx_data[4]; 4d6:uart_txdtx_data[5]; 4d7:uart_txdtx_data[6]; 4d8:uart_txdtx_data[7]; 4d9:uart_txd1;//停止位 default:uart_txd0;//发送结束数据帧标志位将被关闭 endcase end end end endmodule下面是顶层模块将读写模块合并。module UART( input sys_clk, //系统时钟 input sys_rst_n, //系统复位低电平有效 output [7:0] get_data, //通过串口向外读取到的数据 input uart_rxd, //数据接收端口 input [7:0] put_data, //通过串口向外输出的数据 output uart_txd //数据发送端口 ); wire uart_done;//接停止标志这里作为发送的起始信号 UART_put UART_put( .sys_clk (sys_clk), .sys_rst_n (sys_rst_n), .uart_en (uart_done), .uart_txd (uart_txd), .uart_din (put_data) ); UART_get UART_get( .sys_clk (sys_clk), .sys_rst_n (sys_rst_n), .uart_rxd (uart_rxd), .uart_data (get_data), .uart_done (uart_done) ); endmodule综合后的Schematic 视图.