零基礎學(xué)FPGA（九）牛刀小試——串行口通信電路設計

　　以前在學(xué)單片機的時(shí)候，覺(jué)得串口通信其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要一個(gè)指令數據就能輕易的接收或者發(fā)送。前幾天試著(zhù)用FPGA實(shí)現，發(fā)現里面的學(xué)問(wèn)還不少，并沒(méi)有想象的那么簡(jiǎn)單。當然代碼肯定是參考別人的，不過(guò)我還是認真研究了整段代碼的，下面的程序就是我在看懂了別人代碼后自己敲的，花了也不少時(shí)間，理解的也差不多，下面我就在這里給那些和我一樣的初學(xué)者介紹一下吧，解釋的不對的地方還望各位大神指正，大家好一起學(xué)習~

　　1、頂層模塊

　　寫(xiě)程序都一樣，不能多有的程序都寫(xiě)在一個(gè)模塊里，那樣看起來(lái)很麻煩，出了錯誤也不好維護，對于一些小的程序我們可以寫(xiě)在一個(gè)模塊里，但程序一旦復雜起來(lái)還是要懂得模塊化編程的，對于頂層模塊，最好是只寫(xiě)接口就好了，例如：

　　這段代碼中，rx_232是我們的底層模塊名，后面跟著(zhù)的那個(gè)rx呢是我們自己取的名字，是任意的。后面的一大串呢就是接口，為了直觀(guān)呢，建議大家采用我的這種寫(xiě)法，看上去比較清楚明白，括號里面的接口是我們頂層文件的接口，括號外面的是我們調用底層模塊的接口，這些接口要一一對應正確才能保證數據之間的傳輸。

　　在頂層模塊中，我們只定義了數據輸入接口，用來(lái)接收數據，數據輸出接口，用于發(fā)送數據，時(shí)鐘接口，和復位接口。這四個(gè)接口是有輸入輸出關(guān)系的，對于其他的接口，是屬于我們整個(gè)模塊內部的接口，是模塊與模塊之間的接口，既非輸入，也非輸出，相當于一根導線(xiàn)一樣，所以我們把他們定義成wire型變量

　　2、波特率選擇模塊

　　單片機或者計算機在串口通信時(shí)的傳輸速率用波特率表示，9600bps表示的就是每秒鐘傳送9600位的數據

　　這里之所以計數到5027，在這里算一下。

　　1秒傳送9600位，那么傳送一位的時(shí)間就可以算出，即1s=1000_000_000ns，所以傳送一位數據需要1000_000_000/9600=

　　104166ns，而我們的時(shí)鐘周期為20ns，因此需要計數到104166/20=5028個(gè)時(shí)鐘周期

　　下面是串口通信時(shí)序圖

　　我再來(lái)解釋一下這個(gè)圖吧，我當時(shí)學(xué)單片機的時(shí)候還真是沒(méi)怎么重視這張圖，只知道只要一個(gè)指令就可以發(fā)送，沒(méi)有真正搞清楚是怎么發(fā)送和接受的，那就在這里復習一下吧

　　計算機和單片機之間進(jìn)行通信，這里用的是rs232通信方式，即通信之前，計算機和單片機之前要設定好相同的波特率，只有波特率相同了才能進(jìn)行通信。

　　其次，計算機發(fā)送數據時(shí)要先發(fā)送一個(gè)起始位，一般是低電平，后面跟著(zhù)的是8位數據位，奇偶校驗位，停止位等，當起始位低電平信號傳送到我們的接收端口時(shí)，在接收模塊中會(huì )發(fā)送一個(gè)命令給波特率時(shí)鐘計數器，開(kāi)始計時(shí)，計時(shí)到一半的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生一個(gè)采樣高脈沖信號，當接收模塊檢測到這個(gè)高脈沖之后就會(huì )將數據存到寄存器中，當檢測到第11個(gè)脈沖信號時(shí)，也就是代表一幀的數據接收完畢，發(fā)送模塊就給波特率選擇模塊發(fā)送一個(gè)停止信號告訴它停止計時(shí)。同時(shí)，當數據接收完畢之后也會(huì )產(chǎn)生一個(gè)信號告訴發(fā)送模塊，信號已經(jīng)接收完畢，準備發(fā)送，這個(gè)時(shí)候發(fā)送模塊再給波特率計時(shí)模塊發(fā)送一個(gè)信號開(kāi)始計時(shí)，計數到某一位的中間時(shí)產(chǎn)生一個(gè)采樣信號，當發(fā)送模塊檢測到采樣信號之后就將寄存器里的數據送到發(fā)送端，每次只送一位，這樣就實(shí)現了數據的接收與發(fā)送。

　　下面是波特率計時(shí)模塊的主要程序部分

　　3、數據接收模塊

　　在接收模塊中，為了準確的檢測計算機發(fā)送來(lái)的數據起始位的那個(gè)低電平信號，用到了邊沿脈沖檢測法，可以有效的避免毛刺現象帶來(lái)的問(wèn)題

　　下面是發(fā)送部分的主要程序段

　　4、數據發(fā)送模塊

　　發(fā)送模塊原理上和接受模塊是一樣的，不同點(diǎn)就是接收模塊通過(guò)邊沿檢測法檢測起始位低電平信號來(lái)啟動(dòng)接收數據，而發(fā)送模塊是通過(guò)檢測數據發(fā)送完畢后，我們認為的置一個(gè)低電平信號，發(fā)送模塊通過(guò)檢測這個(gè)低電平信號來(lái)啟動(dòng)發(fā)送。見(jiàn)下圖

　　下面是生成的RTL視圖

　　下面是測試結果