IC基础(四)：UART异步串口通信

一、什么是UART异步串口通信？
首先来解释一下，什么是UART。UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的简称，翻译过来开就是通“用异步收发器”。

从关键字可以看出来，这是一个异步的通信协议，因为接收和发送使用的不是同一个时钟。另外一个关键字就是串口，串口说白了就是串行。串行通信只是用一根信号线传输数据，每次传输一位，串行传输的特点是线路简单成本低。而并行通信是使用多根信号先进行信号传输，相当而言并行传输更开快。

二、UART串行通信的传输方式
弹工：只能单向传输
半双工：每一个时刻只能是发送或者接收，也就是说发送和接收使用同一个信号线。
全双工：发送和接收分别使用两根不同的信号线，收和发可以同时进行。

三、传输协议
UART的传输协议如下：

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发送数据过程：空闲状态，线路处于高电位；当收到发送数据指令后，拉低线路一个数据位的时间T，接着数据按低位到高位依次发送，数据发送完毕后，接着发送奇偶校验位和停止位（停止位为高电位），一帧数据发送结束。

接收数据过程：空闲状态，线路处于高电位；当检测到线路的下降沿（线路电位由高电位变为低电位）时说明线路有数据传输，按照约定的波特率从低位到高位接收数据，数据接收完毕后，接着接收并比较奇偶校验位是否正确，如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存。

四、波特率
UART通信的波特率指的是每秒钟传输的二进制位数。比如9600bps,意思就是每秒钟可以传输9600个bit。举个例子，每秒钟可以传输1200个字符，每个字符包含1个起始位、8个数据位、1个停止位，则其波特率就是1200*（1+8+1）=12000bps。常见的波特率有9600、115200、128000、256000等。256000bps对应的速度大概是31.25KB/s.

在做这个UART的时候突然想到，为什么波特率都是使用这些常见的波特率呢？有没有非常规划的波特率呢？而且根据波特率的定义，那我们波特率提高到256000000bps,换算下来大概就是30.5MB/s。理论上是可以的，但是如果硬件不支持还是不行。

五、verilog程序设计

本次设计借助了状态机器的思想。发送和接收的状态转换如下。

接收状态转换：

初始状态是Idle，在这个给状态下会不听的检测输入的信号，当检测到低电平时就进入Rx_Start_bit状态。如果检测到的是高电平，则会一直检测输入。RX_Start_bit是接收起始位并对起始位进行判断，如果在这个状态下检测的是高电平，说明刚才检测到的低电平是一个脉冲信号，所以将返回到Idle状态，否则就进入到接收数据位的状态下，也就是进入Rx_Data_bits。在Rx_Data_bits下接收采样的8位数据。接收完之后就进入Rx_Stop_bit接收停止位，然后进入Cleanup。接着在进入Idle态等待接收数据。

发送状态转换图：</