串口通讯协议的时序讲解

串口通讯(Serial Communication)是一种非常常用的串行通讯方式，无论是学习单片机还是 FPGA，都会从它开始入手。该协议采用异步通信的方式，在 FPGA 与其他设备如 ARM、DSP、PC间通信使用非常广泛。我们常说的UART、RS232、RS422、RS485都是采用了这种通讯协议，其接口时序都是一致的，只是具体的物理层的电平的不同。

因此，无论是RS232协议，还是RS485、RS422协议，我们都可以直接将串口的代码拿过来用，具体的物理层上的电平转换是由硬件实现的，我们不需关心。

这里着重讲解串口的接口时序及其在FPGA上的实现。

1. 串口是由两个信号线构成，一条为接收信号 rxd，一条为发送信号线 txd。我们在与另一方进行通信前，需要约定好波特率、停止位、奇偶校验等，才能进行良好的通信。通常我们一次发送一个字节的有效数据，即一个字节。下面我们默认使用发送一个字节来进行说明。

2. 具体的时序如下图所示，我们可以看到每一个时刻发送的数据。以发送为例，txd 在不工作时处于空闲状态，即高电平，当有数据需要发送时，txd 由 0 时刻跳转到 1 时刻，电平由高电平变为低电平并保持一个波特率的时间，跳转到时刻 2 开始发送一个数据字节的 LSB（最低位），每隔一个波特率的时间会开始发送下一个 bit，直到 8 个 bit 位发送完成，即到了时刻 9 ，开始发送校验位（具体为0还是为1需要根据发送的数据即采用的校验方式决定），在经过一个波特率时间后，开始发送停止位（如果停止位设置为 1，则保持一个波特率时长的时间；如果停止位为 2，则保持 2 个波特率时长的时间），至此一帧数据发送完毕。

3. 奇偶校验：奇校验指的是让数据位与校验位中的 1 的个数为奇数 ，偶校验则让数据位与校验位中的 1 的个数为偶数。

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