FPGA与PC串口自收发通信
0赞串口通信其实简单实 用，这里我就不多说，只把自己动手写的verilog代码共享下。实现的功能如题，就是FPGA里实现从PC接收数据，然后把接收到的数据发 回去。使用的是串口UART协议进行收发数据。上位机用的是老得掉牙的串口调试助手，如下：
发送数据的波特率可选9600bps,19200bps,38400bps,57600bps,115200bps等， 是可调的。发送格式为：1bit起始位，8bit数 据，1bit停止位，无校验位。以下的代码有比较详细的注释，经过下载验证，存在误码率（<5%），仅供学习！
代码如下：
（顶层模块）：
module my_uart_top(clk,rst_n,rs232_rx,rs232_tx);
input clk;// 50MHz主时钟
input rst_n; //低电平复位信号
input rs232_rx; // RS232接收数据信号
output rs232_tx; // RS232发送数据信号
wire bps_start; //接收到数据后，波特率时钟启动信号置位
wire clk_bps; // clk_bps的高电平为接收或者发送数据位的中间采样点
wire[7:0] rx_data; //接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到
wire rx_int; //接收数据中断信号,接收到数据期间始终为高电平
//----------------------------------------------------
speed_select speed_select(.clk(clk),//波特率选择模块，接收和发送模块复用，不支持全双工通信
.rst_n(rst_n),
.bps_start(bps_start),
.clk_bps(clk_bps)
);
my_uart_rx my_uart_rx( .clk(clk),//接收数据模块
.rst_n(rst_n),
.rs232_rx(rs232_rx),
.clk_bps(clk_bps),
.bps_start(bps_start),
.rx_data(rx_data),
.rx_int(rx_int)
);
my_uart_tx my_uart_tx( .clk(clk),//发送数据模块
.rst_n(rst_n),
.clk_bps(clk_bps),
.rx_data(rx_data),
.rx_int(rx_int),
.rs232_tx(rs232_tx),
.bps_start(bps_start)
);
endmodule
module speed_select(clk,rst_n,bps_start,clk_bps);
input clk;// 50MHz主时钟
input rst_n; //低电平复位信号
input bps_start; //接收到数据后，波特率时钟启动信号置位
output clk_bps; // clk_bps的高电平为接收或者发送数据位的中间采样点
parameter bps9600 = 5207, //波特率为9600bps
bps19200 = 2603, //波特率为19200bps
bps38400 = 1301, //波特率为38400bps
bps57600 = 867,//波特率为57600bps
bps115200 = 433;//波特率为115200bps
parameter bps9600_2 = 2603,
bps19200_2= 1301,
bps38400_2= 650,
bps57600_2= 433,
bps115200_2 = 216;
reg[12:0] bps_para; //分频计数最大值
reg[12:0] bps_para_2; //分频计数的一半
reg[12:0] cnt; //分频计数
reg clk_bps_r; //波特率时钟寄存器
//----------------------------------------------------------
reg[2:0] uart_ctrl; // uart波特率选择寄存器
//----------------------------------------------------------
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
uart_ctrl <= 3'd0; //默认波特率为9600bps
end
else begin
case (uart_ctrl) //波特率设置
3'd0: begin
bps_para <= bps9600;
bps_para_2 <= bps9600_2;
end
3'd1: begin
bps_para <= bps19200;
bps_para_2 <= bps19200_2;
end
3'd2: begin
bps_para <= bps38400;
bps_para_2 <= bps38400_2;
end
3'd3: begin
bps_para <= bps57600;
bps_para_2 <= bps57600_2;
end
3'd4: begin
bps_para <= bps115200;
bps_para_2 <= bps115200_2;
end
default: ;
endcase
end
end
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) cnt <= 13'd0;
else if(cnt<bps_para && bps_start) cnt <= cnt+1'b1; //波特率时钟计数启动
else cnt <= 13'd0;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) clk_bps_r <= 1'b0;
else if(cnt==bps_para_2 && bps_start) clk_bps_r <= 1'b1; // clk_bps_r高电平为接收或者发送数据位的中间采样点
else clk_bps_r <= 1'b0;
assign clk_bps = clk_bps_r;
endmodule
module my_uart_rx(clk,rst_n,rs232_rx,clk_bps,bps_start,rx_data,rx_int);
input clk;// 50MHz主时钟
input rst_n; //低电平复位信号
input rs232_rx; // RS232接收数据信号
input clk_bps; // clk_bps的高电平为接收或者发送数据位的中间采样点
output bps_start;//接收到数据后，波特率时钟启动信号置位
output[7:0] rx_data;//接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到
output rx_int; //接收数据中断信号,接收到数据期间始终为高电平
//----------------------------------------------------------------
reg rs232_rx0,rs232_rx1,rs232_rx2;//接收数据寄存器，滤波用
wire neg_rs232_rx; //表示数据线接收到下降沿
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
rs232_rx0 <= 1'b1;
rs232_rx1 <= 1'b1;
rs232_rx2 <= 1'b1;
end
else begin
rs232_rx0 <= rs232_rx;
rs232_rx1 <= rs232_rx0;
rs232_rx2 <= rs232_rx1;
end
end
assign neg_rs232_rx = rs232_rx2 & ~rs232_rx1;//接收到下降沿后neg_rs232_rx置 高一个时钟周期
//----------------------------------------------------------------
reg bps_start_r;
reg[3:0] num; //移位次数
reg rx_int; //接收数据中断信号,接收到数据期间始终为高电平
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
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;//启动接收数据
rx_int <= 1'b1; //接收数据中断信号使能
end
else if(num==4'd12) begin
bps_start_r <= 1'bz;//数据接收完毕
rx_int <= 1'b0; //接收数据中断信号关闭
end
end
assign bps_start = bps_start_r;
//----------------------------------------------------------------
reg[7:0] rx_data_r; //接收数据寄存器，保存直至下一个数据来到
//----------------------------------------------------------------
reg[7:0] rx_temp_data;//但前接收数据寄存器
reg rx_data_shift; //数据移位标志
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
rx_data_shift <= 1'b0;
rx_temp_data <= 8'd0;
num <= 4'd0;
rx_data_r <= 8'd0;
end
else if(rx_int) begin //接收数据处理
if(clk_bps) begin//读取并保存数据,接 收数据为一个起始位，8bit数据，一个结束位
rx_data_shift <= 1'b1;
num <= num+1'b1;
if(num<=4'd8) rx_temp_data[7] <= rs232_rx; //锁存9bit（1bit起始位，8bit数据）
end
else if(rx_data_shift) begin //数据移位处理
rx_data_shift <= 1'b0;
if(num<=4'd8) rx_temp_data <= rx_temp_data >> 1'b1; //移位8次，第1bit起始位移 除，剩下8bit正好时接收数据
else if(num==4'd12) begin
num <= 4'd0; //接收到STOP位 后结束,num清零
rx_data_r <= rx_temp_data; //把数据锁存到数据寄存器rx_data中
end
end
end
end
assign rx_data = rx_data_r;
endmodule
module my_uart_tx(clk,rst_n,clk_bps,rx_data,rx_int,rs232_tx,bps_start);
input clk; // 50MHz主时钟
input rst_n; //低电平复位信号
input clk_bps; // clk_bps的高电平为接收或者发送数据位的中间采样点
input[7:0] rx_data; //接收数据寄存器
input rx_int; //接收数据中断信号,接收到数据期间始终为高电平,在次利用它的下降沿来启动发送数据
output rs232_tx; // RS232发送数据信号
output bps_start;//接收或者要发送数据，波特率时钟启动信号置位
//---------------------------------------------------------
reg rx_int0,rx_int1,rx_int2; //rx_int信号寄存器，捕捉下降沿滤波用
wire neg_rx_int; // rx_int下降沿标志位
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!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 <= rx_int1;
end
end
assign neg_rx_int = ~rx_int1 & rx_int2; //捕捉到下降沿后，neg_rx_int拉 地保持一个主时钟周期
//---------------------------------------------------------
reg[7:0] tx_data;//待发送数据的寄存器
//---------------------------------------------------------
reg bps_start_r;
reg tx_en;//发送数据使能信号，高有效
reg[3:0] num;
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
bps_start_r <= 1'bz;
tx_en <= 1'b0;
tx_data <= 8'd0;
end
else if(neg_rx_int) begin //接收数据完毕，准备把接收到的数据发回去
bps_start_r <= 1'b1;
tx_data <= rx_data; //把接收到的数据存入发送数据寄存器
tx_en <= 1'b1; //进入发送数据状态中
end
else if(num==4'd11) begin //数据发送完成，复位
bps_start_r <= 1'bz;
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(!rst_n) begin
num <= 4'd0;
rs232_tx_r <= 1'b1;
end
else if(tx_en) begin
if(clk_bps) begin
num <= num+1'b1;
case (num)
4'd0: rs232_tx_r <= 1'b0; //发 送起始位
4'd1: rs232_tx_r <= tx_data[0]; //发送bit0
4'd2: rs232_tx_r <= tx_data[1]; //发送bit1
4'd3: rs232_tx_r <= tx_data[2];//发送bit2
4'd4: rs232_tx_r <= tx_data[3];//发送bit3
4'd5: rs232_tx_r <= tx_data[4];//发送bit4
4'd6: rs232_tx_r <= tx_data[5];//发送bit5
4'd7: rs232_tx_r <= tx_data[6]; //发送bit6
4'd8: rs232_tx_r <= tx_data[7];//发送bit7
4'd9: rs232_tx_r <= 1'b0; //发送结束位
default: rs232_tx_r <= 1'b1;
endcase
end
else if(num==4'd11) num <= 4'd0; //复位
end
end
assign rs232_tx = rs232_tx_r;
endmodule
