协议-UART

一、UART简介

        UART（universal asynchronous receiver-transmitter）是一种采用异步串行通信方式的通用异步收发传输器。一般来说，UART总是和RS232成对出现，那RS232又是什么呢? RS232也就是我们计算机上的串口,它的全称是EIA-RS-232C (简称232，或者是RS232 )。其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS是Recommended Standard的缩写，代表推荐标准，232 是标识符，C表示修改次数，它被广泛用于计算机串行接口外设连接。如果你的计算机上还有串口的话，那么你就可以在主机箱后面看到RS232的接口：

        随着时代的发展，这种借口已经很少用了，取而代之的是“USB转串口”，功能和原先一样，但接口更高效了。

        串口的主要功能为：在发送数据时将并行数据转换成串行数据进行传输，在接收数据时将接收到的串行数据转换成并行数据。这应该是大多数人接触电子后学习到的第一个通信协议吧。

二、通信格式

下面说明串口的具体要点：

1、传输时序

        UART串口通信需要两个信号线来实现，一根用于串口发送，另外一根负责串口接收。一开始高电平，然后拉低表示开始位，接着8个数据位，然后校验位，最后拉高表示停止位，并且进入空闲状态，等待下一次的数据传输。

        很多时候我们的校验位是允许省略的，所以协议就变成了：开始+数据+停止。

2、传输速率：波特率

        串口通信的速率用波特率表示，它表示每秒传输二进制数据的位数，单位bps（位每秒）。常用的波特率有9600、19200、35400、57600以及115200等。
        FPGA开发串口时设计波特率的方法：FPGA的时钟频率/波特率。例如FPGA开发板时钟频率为50Mhz，要使用的波特率为9600bps,因此需要的计数为：50000000/9600=5208；

三、串口回环实验

        现在用FPGA开发板做一个串口回环的实验，要求是PC端通过串口助手发送数据给FPGA，FPGA接收到数据后返回给PC端，并在串口助手处显示数值。即串口助手发什么就能收回什么。实验框图如下：

 1、uart_rx

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// *** 名称 : uart_rx.v
// *** 作者 : 木子
// *** 日期 : 2024-05-13
// *** 描述 : 串口接收模块，计数9.5下，其中停止位0.5下
//            因为串口助手发送本次停止位和下次开始位中间没有留空闲位
//            若计满10下，则才结束本次传输下次数据就来了，会来不及接收
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module uart_rx
//========================< 参数 >==========================================
#(
parameter  CLK              = 50_000_000        , //系统时钟，50Mhz
parameter  BPS              = 9600              , //波特率
parameter  BPS_CNT          = CLK/BPS             //波特率计数
)
//========================< 端口 >==========================================
(
input   wire                clk                 , //时钟，50Mhz
input   wire                rst_n