Verilog_串口通信_(tái)1113

1、踏雪無痕的博客串口通信是目前比較重要的一種通信方式，主要是用于計(jì)算機(jī)和外部的通信。首先簡單的介紹一下串口通信的原理：串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線(GND)，（2）發(fā)送(TXD)，（3）接收(RXD)。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其它線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)位。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配： a，波特率：這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，我們就是指波特率例如

2、如果協(xié)議需要4800波特率，那么時(shí)鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。 b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0127（7位）。擴(kuò)展的ASCII碼是0255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn) ASCII碼），那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一

3、個(gè)字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語“包”指任何通信的情況。 c，停止位：用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。 d，奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)

4、值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位位1，這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會(huì)判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步串口通信的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖：下面簡單的介紹一下本實(shí)驗(yàn)所實(shí)現(xiàn)的功能以及相應(yīng)的程序思想：      本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的功能有上位機(jī)向開發(fā)板發(fā)送數(shù)據(jù)，開發(fā)板接收以后通過數(shù)碼管顯示，并且將接收到的數(shù)據(jù)傳回給上位機(jī)，通過串口調(diào)試助手

5、將返回的數(shù)據(jù)顯示出來。其模塊圖如下：     程序思想：（本程序主要是采用特權(quán)同學(xué)視頻教程的程序，本人只是做一個(gè)簡單的思路總結(jié)）           1. 通過ISE開發(fā)工具，新建4個(gè)模塊，分別為串口接收波特率產(chǎn)生模塊，串口接收模塊，串口發(fā)送波特率產(chǎn)生模塊，串口接收模塊，另外再加一個(gè)頂層模塊。          2. 頂層模塊中只是做模塊

6、的聲明和端口聲明，不做任何的邏輯處理。           3. 波特率產(chǎn)生模塊（兩個(gè)模塊都一樣）：主要是通過計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)波特率產(chǎn)生，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。此處采用9600bps,由于1s中有104166個(gè)us，系統(tǒng)時(shí)鐘為50M，即20us，即需要計(jì)數(shù)為104166/20=5208，因此循環(huán)計(jì)數(shù)05207，并且在計(jì)數(shù)到2603時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。         4. 串口接收模塊：當(dāng)接收到接收信號(hào)置位時(shí)

7、，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。         5. 串口發(fā)送模塊：當(dāng)接收到發(fā)送信號(hào)置位時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。    具體程序如下：/=頂層模塊=module uart_top(clk,rst_n,rs232_rx,rs232_tx,led); input clk;    /時(shí)鐘信號(hào)50M input rst_n;   /復(fù)位信號(hào),低有效 input rs232_rx; 

8、 /數(shù)據(jù)輸入信號(hào) output rs232_tx;  /數(shù)據(jù)輸出信號(hào) output 7:0 led;  wire bps_start1,bps_start2;/ wire clk_bps1,clk_bps2; wire 7:0 rx_data;   /接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,用來存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù),直到下一個(gè)數(shù)據(jù)接收 wire rx_int;     /接收數(shù)據(jù)中斷信號(hào),接收過程中一直為高, /子模塊端口申明/spe

9、ed_select_rx     speed_rx(   /數(shù)據(jù)接收波特率選擇模塊         .clk(clk),         .rst_n(rst_n),         .bps_start(bps_start1), 

10、0;       .clk_bps(clk_bps1)         );        uart_rx    uart_rx(    /數(shù)據(jù)接收模塊         .clk(clk),

11、         .rst_n(rst_n),         .bps_start(bps_start1),         .clk_bps(clk_bps1),         .rs232_rx(rs232_rx), &#

12、160;       .rx_data(rx_data),         .rx_int(rx_int),         .led(led)        );speed_select_tx  speed_tx(   

13、;/數(shù)據(jù)發(fā)送波特率控制模塊         .clk(clk),         .rst_n(rst_n),         .bps_start(bps_start2),         .clk_bps(clk_bps2) 

14、                 );         uart_tx    uart_tx(         .clk(clk),      

15、60;  .rst_n(rst_n),         .bps_start(bps_start2),         .clk_bps(clk_bps2),         .rs232_tx(rs232_tx),        

16、; .rx_data(rx_data),         .rx_int(rx_int)                );endmodule/=波特率產(chǎn)生模塊=module speed_select_rx(clk,rst_n,bps_start,clk_bps);/波特率設(shè)定 input clk;  

17、60;/50M時(shí)鐘 input rst_n;  /復(fù)位信號(hào) input bps_start; /接收到信號(hào)以后,波特率時(shí)鐘信號(hào)置位,當(dāng)接收到uart_rx傳來的信號(hào)以后,模塊開始運(yùn)行 output clk_bps; /接收數(shù)據(jù)中間采樣點(diǎn), / define BPS_PARA 5207;/9600波特率分頻計(jì)數(shù)值/ define BPS_PARA_2 2603;/計(jì)數(shù)一半時(shí)采樣  reg12:0 cnt;/分頻計(jì)數(shù)器 reg clk_bps_r;/波特率時(shí)鐘

18、寄存器  reg2:0 uart_ctrl;/波特率選擇寄存器  always (posedge clk or negedge rst_n)  if(!rst_n)   cnt<=13'd0;  else if(cnt=5207)| !bps_start)/判斷計(jì)數(shù)是否達(dá)到1個(gè)脈寬   cnt<=13'd0;  else   cnt<=cnt+1'b1;/波特率時(shí)鐘

19、啟動(dòng)    always (posedge clk or negedge rst_n) begin  if(!rst_n)   clk_bps_r<=1'b0;  else if(cnt= 2603)/當(dāng)波特率計(jì)數(shù)到一半時(shí),進(jìn)行采樣存儲(chǔ)   clk_bps_r<=1'b1;  else   clk_bps_r<=1'b0; end assign

20、clk_bps = clk_bps_r;/將采樣數(shù)據(jù)輸出給uart_rx模塊endmodule/=數(shù)據(jù)接收模塊=module uart_rx(     clk,     rst_n,     bps_start,     clk_bps,     rs232_rx,     rx_data,

21、0;    rx_int,     led     ); input clk;   /時(shí)鐘 input rst_n;  /復(fù)位 input rs232_rx; /接收數(shù)據(jù)信號(hào) input clk_bps;  /高電平時(shí)為接收信號(hào)中間采樣點(diǎn) output bps_start; /接收信號(hào)時(shí),波特率時(shí)鐘信號(hào)置位 

22、output 7:0 rx_data;/接收數(shù)據(jù)寄存器 output rx_int;  /接收數(shù)據(jù)中斷信號(hào),接收過程中為高 output 7:0 led; reg 7:0 led; reg rs232_rx0,rs232_rx1,rs232_rx2,rs232_rx3;/接收數(shù)據(jù)寄存器 wire neg_rs232_rx;/表示數(shù)據(jù)線接收到下沿  always (posedge clk or negedge rst_n) begin  if(!rst_n) begin 

23、60; rs232_rx0 <= 1'b0;   rs232_rx1 <= 1'b0;   rs232_rx2 <= 1'b0;   rs232_rx3 <= 1'b0;  end    else begin   rs232_rx0 <= rs232_rx;   rs232_rx1 <= rs232_rx0;&

24、#160;  rs232_rx2 <= rs232_rx1;   rs232_rx3 <= rs232_rx2;  end end assign neg_rs232_rx = rs232_rx3 & rs232_rx2 & rs232_rx1 & rs232_rx0;/串口傳輸線的下沿標(biāo)志 reg bps_start_r; reg 3:0 num;/移位次數(shù) reg rx_int;  /接收中斷信號(hào)  

25、;always (posedge clk or negedge rst_n)  if(!rst_n) begin   bps_start_r <=1'bz;   rx_int <= 1'b0;  end  else if(neg_rs232_rx) begin/  bps_start_r <= 1'b1;  /啟動(dòng)串口,準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)   rx_int <= 1

26、'b1;   /接收數(shù)據(jù)中斷使能  end  else if(num=4'd12) begin /接收完有用的信號(hào),   bps_start_r <=1'b0;  /接收完畢,改變波特率置位,方便下次接收   rx_int <= 1'b0;   /接收信號(hào)關(guān)閉  end    assign bps_sta

27、rt = bps_start_r;    reg 7:0 rx_data_r;/串口數(shù)據(jù)寄存器  reg 7:0 rx_temp_data;/當(dāng)前數(shù)據(jù)寄存器    always (posedge clk or negedge rst_n)   if(!rst_n) begin     rx_temp_data <= 8'd0;     num <=

28、 4'd0;     rx_data_r <= 8'd0;   end   else if(rx_int) begin /接收數(shù)據(jù)處理    if(clk_bps) begin     num <= num+1'b1;     case(num)     

29、0; 4'd1: rx_temp_data0 <= rs232_rx;       4'd2: rx_temp_data1 <= rs232_rx;       4'd3: rx_temp_data2 <= rs232_rx;       4'd4: rx_temp_data3 <= rs232_rx; 

30、0;     4'd5: rx_temp_data4 <= rs232_rx;       4'd6: rx_temp_data5 <= rs232_rx;       4'd7: rx_temp_data6 <= rs232_rx;       4'd8: rx_temp_da

31、ta7 <= rs232_rx;       default: ;     endcase     led <= rx_temp_data;    end    else if(num=4'd12) begin     num <= 4'd0;  

32、; /數(shù)據(jù)接收完畢     rx_data_r <= rx_temp_data;    end             end  assign rx_data = rx_data_r;endmodule/=數(shù)據(jù)發(fā)送模塊=module uart_tx(     clk,  &

33、#160;  rst_n,     bps_start,     clk_bps,     rs232_tx,     rx_data,     rx_int     ); input clk; input rst_n; input clk_bps;

34、/中間采樣點(diǎn) input 7:0 rx_data;/接收數(shù)據(jù)寄存器 input rx_int;/數(shù)據(jù)接收中斷信號(hào) output rs232_tx;/發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào) output bps_start;/發(fā)送信號(hào)置位  reg rx_int0,rx_int1,rx_int2;/信號(hào)寄存器,捕捉下降沿 wire neg_rx_int;    /下降沿標(biāo)志  always (posedge clk or negedge rst_n) begin  if(!

35、rst_n) begin   rx_int0 <= 1'b0;   rx_int1 <= 1'b0;   rx_int2 <= 1'b0;  end  else begin    rx_int0 <= rx_int;    rx_int1 <= rx_int0;    rx_int2 <=

36、 rx_int1;  end end   assign neg_rx_int = rx_int1 & rx_int2;/捕捉下沿    reg 7:0 tx_data;/待發(fā)送數(shù)據(jù)  reg bps_start_r;  reg tx_en;/發(fā)送信號(hào)使能,高有效  reg 3:0 num;  always (posedge clk or negedge rst_n) begin  if(!

37、rst_n) begin   bps_start_r <= 1'bz;   tx_en <= 1'b0;   tx_data <= 8'd0;  end  else if(neg_rx_int) begin/當(dāng)檢測(cè)到下沿的時(shí)候,數(shù)據(jù)開始傳送   bps_start_r <= 1'b1;   tx_data <= rx_data; 

38、60; tx_en <= 1'b1;  end  else if(num=4'd11) begin   bps_start_r <= 1'b0;   tx_en <= 1'b0;  end  end  assign bps_start = bps_start_r;  reg rs232_tx_r; always (posedge clk or negedge rst_n) begin  if(!