协议篇（1）UART232串口verilog实现
协议篇（1）UART232串口verilog实现
- 零. 协议基本内容
- 一、UART简介
- 二、UART的通信协议和传输时序
- 三. 收发数据的波特率：
- verilog 实现（米联客代码）
- //发送部分
- //接收部分
- 仿真
零. 协议基本内容
- 学习VC 串口编程，了解串口协议的标准是必须的，其实串口相对于其它接口（如USB接口）是非常简单的。
RS232串口标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的通信协议。它适合于数据传输速率在0~20000bit/s范围内通信。RS232作为一种标准，被广泛应用于计算机与外设间的一种常通信接口，其中外设应用种类繁多，如：打印机、数据采集模块、测试装置和各种控制回路，甚至RS232串行接口还可用于计算机之间的简单连接上。
RS232串行接口的特点：RS232 DB-9 针串口引脚定义
应用广泛，几乎每台计算机都有一个或多个RS232串行接口，虽然最新的计算机出现了更多的USB这样的串行接口，但是RS232串行接口可以做很多USB无法进行的工作，而且RS232串行接口的开发难度以USB接口要简单得多。对于一些没有RS232串行接口的笔记本电脑，可以用USB-RS232转换线来连接RS232串口设备。
连接距离可达50100英尺，而USB连接最长为16英尺，PC机的并行打印机接口的连接距离最长为1015英尺。
对于双向连接，最少只需要3条导线，而并行连接一般最少也需要8条数据线。
一、UART简介
UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，实现全双工传输和接收。
二、UART的通信协议和传输时序
UART 通信 UART 首先将接收到的并行数据转换成串行数据来传输。消息帧从一个低位起始位开始，后面是 7 个或 8 个数据位，一个可用的奇偶位和一个或几个高位停止位。接收器发现开始位时它就知道数据准备发送，并尝试与发送器时钟频率同步。如果选择了奇偶校验，UART 就在数据位后面加上奇偶位。奇偶位可用来帮助错误校验。在接收过程中，UART 从消息帧中去掉起始位和结束位，对进来的字节进行奇偶校验，并将数据字节从串行转换成并行。
UART 传输时序如下图所示：
起始位:先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。
数据位：从最低位开始传送，靠时钟定位。
奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。
停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。
三. 收发数据的波特率：
RS-232接口不允许你随意使用数据传输速率，它有几个固定的速率，我们用baud来表示：
1200 bauds；
9600 bauds；
38400 bauds；
115200 bauds；（通常能达到的最高速率）
可见，最高的波特率很低，还不到1Mbps，属于低速度串口。
假如波特率为115200bauds，这样每一位持续时间为： (1/115200) = 8.7µs. 发送一个字节的数据，需要时间：8 x 8.7µs = 69µs；
由于还需要算上起始位和结束位，那么实际就需要时间：10 x 8.7µs = 87µs.这样发送数据最快的速度为：1s/87us = 11.5kbytes/s。
当然结束位可以为1.5位，也可以为2位，还可以有校验位，这样的话，数据速度就会更低了。
简单来说只有两根收发线，没有随行的时钟，时钟都是有本机自带去控制。
verilog 实现（米联客代码）
//发送部分
module UART232_TX #(
parameter BAUD_DIV = 14'd10416 //波特率时钟，9600bps，100Mhz/9600=10416，波特率可调
)
(
input clk_i, //100M时钟
input [7:0] uart_tx_data_i, //待发送数据
input uart_tx_en_i, //发送发送使能信号
output uart_tx_o //串口输出
);
parameter BAUD_DIV_CAP = BAUD_DIV / 2; //波特率时钟中间采样点，100Mhz/9600/2=5208，波特率可调
//-------------------------串口计数，中值采样----------------------
reg [13:0] baud_div=0; //波特率设置计数器
reg baud_bps=0; //数据发送点信号,高有效
reg uart_send_flag=0; //数据发送标志位
always@(posedge clk_i)
begin
if(baud_div==BAUD_DIV_CAP) //当波特率计数器计数到数据发送中点时，产生采样信号baud_bps，用来发送数据
begin
baud_bps<=1'b1;
baud_div<=baud_div+1'b1;
end
else if(baud_div//接收部分
module UART232_RX #(
parameter [13:0] BAUD_DIV = 14'd10416 //波特率时钟，9600bps，100Mhz/9600=10416
)
(
input clk_i,
input uart_rx_i,
output [7:0] uart_rx_data_o,
output uart_rx_done,
output baud_bps_tb //for simulation
);
parameter BAUD_DIV_CAP = BAUD_DIV /2;//波特率时钟中间采样点，100Mhz/9600/2=5208
//------------------------计数控制-------------------------------
reg [13:0] baud_div=0; //波特率设置计数器
reg baud_bps=0; //数据采样点信号
reg bps_start=0; //波特率启动标志
always@(posedge clk_i)
begin
if(baud_div==BAUD_DIV_CAP) //当波特率计数器计数到采样点时，产生采样信号baud_bps
begin
baud_bps<=1'b1;
baud_div<=baud_div+1'b1;
end
else if(baud_div仿真
注意：使用中看好自己时钟，根据时钟和波特率算好参数直接带入就可以了