(一)FPGA之串口通信（UART）

(一)FPGA之串口通信（UART）

回到梦开始的地方，如今回过头来看串口协议，确实清晰了很多，但是奈何好记性不如烂笔头，我还是要重新记录一下学习的知识点，方便查找和学习。
波特率（Band Rate）：
串口协议中很重要的一点就是波特率，波特率的概念是每秒钟传送码元的个数，就是一秒钟传输了几个二进制的个数，他的单位是Bit/s和bps两种。常见的串口速度有115200bps 9600bps等等，串口（RS232）的最大传输速率是 115200bps，表示一秒钟传输了115200个二进制 。
波特率和字节的关系
1GB=1024MB
1MB=1024KB
1KB=1024B(字节)

我们需要串口接收的数据数每秒512字节，串口的波特率是１１５２００位／秒

波特率115200＝115200(位/秒)

如果没有校验位，就应该除以10，得到的是每秒字节数：波特率115200＝115200(位/秒)＝11520(字节/秒)

再除以1024，就是每秒KB数：波特率115200＝115200(位/秒)＝11.25(KB/秒)也就是满足每秒可以接收512字节。

**在Verilog代码中，我们只需要理解计算这两个值就可以完成串口代码的梳理，**假设我们FPGA使用的是50MHZ的系统时钟 波特率使用的是9600bps 传输一个bit需要的时钟周期个数是50_000_000/9600个个数，得到个数之后再用这个个数乘以周期的时间便是传输1bit需要的时间50_000_000/9600*20便是1bit需要的时间。

Uart通信协议

1.串口通信的信号线只需要两条线就可以完成，TX和RX TX发送端 RX为接收端。
2.起始位，数据线从高变低，低有效为0，数据传输开始。
3.数据位，起始位传输之后便是数据位开始，一般为8位，传输时低位（LSB）在前,高位（MSB）在后。
4.校验位，校验位可以认为是一个特殊的数据位，通常使用的是奇偶校验，使用串口协议时通常取消奇偶校验位。
5.停止位，停止位高有效为1，他表示这一个个字节传输结束。
6.位时间，起始位、数据位、校验位的位宽度是一致的，停止位有0.5位、1位、1.5位格式，一般为1位。
7.空闲位，持续的高电平。
7.帧：从起始位开始到停止位结束的时间间隔称之为一帧。

接受模块

首先约定波特率为9600（可变），无校验位
将数据线打两拍，防止亚稳态并捕获其的下降沿信号（起始位0）
检测到下降沿后拉高数据传输标志，意味着数据开始接收；并在传输第九个数据（终止位1）的正中（数据比较稳定）将数据传输标志拉低，意味着数据接收完成
对时钟进行计数，每一个周期（在设定波特率条件下传输一位所需要的时间）对数据线进行采样并将数据寄存，同时记录传输个数（记录当前共接收了多少个数据）
接收到第九个数据（终止位1）后，拉高接收完成标志位
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module uart_rx(
	input 			sys_clk,			//50M系统时钟
	input 			sys_rst_n,			//系统复位
	input 			uart_rxd,			//接收数据线
	output reg 		uart_rx_done,		//数据接收完成标志
	output reg [7:0]uart_rx_data		//接收到的数据
);
//常量化波特率，可更改
parameter	BPS=9600;					//波特率9600bps，可更改
parameter	SYS_CLK_FRE=50_000_000;		//50M系统时钟
localparam	BPS_CNT=SYS_CLK_FRE/BPS;	//传输一位数据所需要的时钟个数
 
reg 			uart_rx_d0;		//寄存1拍
reg 			uart_rx_d1;		//寄存2拍
reg [15:0]		clk_cnt;				//时钟计数器
reg [3:0]		rx_cnt;					//接收计数器
reg 			rx_flag;				//接收标志位
reg [7:0]		uart_rx_data_reg;		//数据寄存
	
wire 			neg_uart_rx_data;		//数据的下降沿
 
assign	neg_uart_rx_data=uart_rx_d1 & (~uart_rx_d0);  //捕获数据线的下降沿，用来标志数据传输开始
//将数据线打两拍，作用1：同步不同时钟域信号，防止亚稳态；作用2：用以捕获下降沿
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
	if(!sys_rst_n)begin
		uart_rx_d0<=1'b0;
		uart_rx_d1<=1'b0;
	end
	else begin
		uart_rx_d0<=uart_rxd;
		uart_rx_d1<=uart_rx_d0;
	end		
end
//捕获到数据下降沿（起始位0）后，拉高传输开始标志位，并在第9个数据（终止位）的传输过程正中（数据比较稳定）再将传输开始标志位拉低，标志传输结束
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
	if(!sys_rst_n)
		rx_flag<=1'b0;
	else begin 
		if(neg_uart_rx_data)
			rx_flag<=1'b1;
		else if((rx_cnt==4'd9)&&(clk_cnt==BPS_CNT/2))//在第9个数据（终止位）的传输过程正中（数据比较稳定）再将传输开始标志位拉低，标志传输结束
			rx_flag<=1'b0;
		else 
			rx_flag<=rx_flag;			
	end
end
//时钟每计数一个BPS_CNT（传输一位数据所需要的时钟个数），即将数据计数器加1，并清零时钟计数器
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
	if(!sys_rst_n)begin
		rx_cnt<=4'd0;
		clk_cnt<=16'd0;
	end
	else if(rx_flag)begin
		if(clk_cnt<BPS_CNT-1'b1)begin
			clk_cnt<=clk_cnt+1'b1;
			rx_cnt<=rx_cnt;
		end
		else begin
			clk_cnt<