verilog实现UART：RS232串口的收发 FPGA：开发工具ISE，或者QUARTUS_fgpa,uart,quarus

verilog实现UART：RS232串口的收发。
RTL代码及仿真代码100%每行全注释，不用担心看不懂。
FPGA：开发工具ISE，或者QUARTUS。
功能：将电脑上使用串口调试助手发送的数据进行接收，再将接收到的数据发送回去，在串口调试助手界面显示。
RS232协议：1位起始位+8位数据位+1位停止位。
顶层模块和分模块均有modelsim仿真文件及仿真结果波形，便于学习验证及应用。
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本文将介绍如何使用Verilog语言实现UART协议，实现RS232串口的收发功能。本文提供的RTL代码及仿真代码100%每行全注释，方便读者理解和学习。读者可以使用FPGA开发工具ISE或者QUARTUS进行开发。最终实现的功能是将电脑上使用串口调试助手发送的数据进行接收，再将接收到的数据发送回去，并在串口调试助手界面显示。本文还将介绍RS232协议，并提供了顶层模块和分模块的modelsim仿真文件及仿真结果波形，方便读者进行学习和验证。

一、介绍

UART是一种通讯协议，用于串行数据传输，通常用于将数据发送到计算机或其他设备。UART通常使用RS232协议进行通讯，它是一种标准的串行通信协议，用于连接计算机和串口设备。在这篇文章中，我们将介绍如何使用Verilog语言实现UART协议，以实现串口通讯功能。

二、RS232协议

在实现UART协议之前，我们需要了解一下RS232协议。RS232协议使用一个异步传输的串行通信信道，用于在计算机和串口设备之间传输数据。该协议使用1位起始位、8位数据位和1位停止位，以及可选的奇偶校验位。在本文中，我们将实现基本的RS232协议，即使用1位起始位、8位数据位和1位停止位进行通讯。

三、Verilog实现UART

接下来，我们将介绍如何使用Verilog语言实现UART协议。具体实现过程如下：

1.顶层模块

首先，我们需要创建一个顶层模块，用于接收和发送数据。该模块包括以下子模块：接收模块、发送模块、时钟模块和UART控制模块。其中，接收模块和发送模块分别负责接收和发送数据，时钟模块负责产生时钟信号，并将时钟信号传递给UART控制模块。UART控制模块负责控制接收和发送模块，并将接收到的数据发送给计算机，并将计算机发送的数据发送给接收模块。

以下是一个示例顶层模块的代码：

module uart_top(
    input clk,
    input rst_n,
    input uart_rx,
    output uart_tx
);
 
reg [7:0] rx_data;
reg [7:0] tx_data;
reg rx_flag;
reg tx_flag;
reg [3:0] bit_cnt;
reg [3:0] rx_bit_cnt;
reg [3:0] tx_bit_cnt;
reg stop_bit;
 
parameter CLK_DIV = 26; // 9600 baud
 
uart_receiver u_receiver(
   .clk(clk),
   .rst_n(rst_n),
   .data_in(uart_rx),
   .data_out(rx_data),
   .data_valid(rx_flag),
   .bit_cnt(rx_bit_cnt),
   .stop_bit(stop_bit)
);
 
uart_transmitter u_transmitter(
   .clk(clk),
   .rst_n(rst_n),
   .data_out(uart_tx),
   .data_in(tx_data),
   .data_valid(tx_flag),
   .bit_cnt(tx_bit_cnt),
   .stop_bit(stop_bit)
);
 
uart_control u_control(
   .clk(clk),
   .rst_n(rst_n),
   .data_in(rx_data),
   .data_valid_in(rx_flag),
   .bit_cnt_in(rx_bit_cnt),
   .stop_bit_in(stop_bit),
   .data_out(tx_data),
   .data_valid_out(tx_flag),
   .bit_cnt_out(tx_bit_cnt)
);
 
endmodule

该模块中包含了三个子模块：uart_receiver、uart_transmitter和uart_control模块。顶层模块负责将这些模块连接起来，实现UART通讯功能。

2.接收模块

接下来，我们需要实现接收模块。接收模块负责接收从计算机发送过来的数据，并将数据存储到缓存中。在接收模块中，我们需要使用计数器来计算每个位的时长，并在停止位到达时将数据存储到缓存中。

以下是一个示例接收模块的代码：

module uart_receiver(
   input clk,
   input rst_n,
   input data_in,
   output reg [7:0] data_out,
   output reg data_valid,
   output reg [3:0] bit_cnt,
   output reg stop_bit
);
 
parameter CLK_DIV = 26; // 9600 baud
 
reg [23:0] bit_timer;
reg [7:0] shift_reg;
reg sync_cnt;
reg sync_flag;
reg [3:0] cnt;
reg data_ready;
 
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
   if (~rst_n) begin
      bit_timer <= 0;
      shift_reg <= 0;
      sync_cnt <= 0;
      sync_flag <= 0;
      cnt <= 0;
      data_ready <= 0;
      bit_cnt <= 0;
      stop_bit <= 0;
   end else begin
      if (sync_flag) begin
         if (bit_timer == CLK_DIV) begin
            bit_timer <= 0;
            if (cnt < 8) begin
               shift_reg <= {shift_reg[6:0], data_in};
               cnt <= cnt + 1;
            end else if (cnt == 8) begin
               stop_bit <= data_in;
               cnt <= cnt + 1;
            end else if (cnt == 9) begin
               data_valid <= 1;
               cnt <= 0;
               data_out <= shift_reg;
               sync_flag <= 0;
               data_ready <= 1;
            end
         end else begin
            bit_timer <= bit_timer + 1;
         end
      end else if (data_in == 0) begin
         sync_cnt <= sync_cnt + 1;
      end else if (sync_cnt > 3) begin
         sync_flag <= 1;
         sync_cnt <= 0;
         bit_cnt <= 0;
         cnt <= 0;
         data_valid <= 0;
         data_ready <= 0;
      end else begin
         sync_cnt <= 0;
      end
   end
end
 
endmodule

在该模块中，我们使用了一个计时器来计算每个位的时长，并使用一个移位寄存器来存储数据。当停止位到达时，我们将数据存储到缓存中，并将数据有效标志设为1，表示接收到了有效数据。接收模块还使用了一个同步计数器来检测信号的同步状态。

3.发送模块

接下来，我们需要实现发送模块。发送模块负责将数据从缓存中发送到计算机。在发送模块中，我们需要使用计数器来计算每个位的时长，并在停止位到达时停止发送。

以下是一个示例发送模块的代码：

module uart_transmitter(
   input clk,
   input rst_n,
   output reg data_out,
   input [7:0] data_in,
   input data_valid,
   input [3:0] bit_cnt,
   input stop_bit
);
 
parameter CLK_DIV = 26; // 9600 baud
 
reg [23:0] bit_timer;
reg [7:0] shift_reg;
reg [3:0] cnt;
reg tx_ready;
reg [3:0] bit_num;
 
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
   if (~rst_n) begin
      bit_timer <= 0;
      shift_reg <= 0;
      cnt <= 0;
      tx_ready <= 1;
      bit_num <= 0;
   end else begin
      if (data_valid && tx_ready) begin
         shift_reg <= data_in;
         tx_ready <= 0;
         cnt <= 0;
         bit_num <= 0;
      end else if (~tx_ready && (bit_timer == CLK_DIV)) begin
         bit_timer <= 0;
         if (cnt < 8) begin
            data_out <= shift_reg[bit_num];
            bit_num <= bit_num + 1;
            cnt <= cnt + 1;
         end else if (cnt == 8) begin

相关代码,程序地址：http://lanzouw.top/692092879411.html