FPGA模块——串口发送和接收模块
FPGA模块——串口模块
- 发送代码
- 接收代码
- 管脚约束
发送代码
1.使用发送模块
使用这个模块需要output一个发送端口
output uart_txd ， //UART发送端口
/*-------------------------------------------*/
wire uart_rx_done = 1'b1; //UART接收完成信号
wire [7:0] rx_data ;
assign rx_data = 8'b11111111 ; // 要发送的数据
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //定义系统时钟频率
parameter UART_BPS = 115200 ; //定义串口波特率
//wire define
//串口发送模块
uart_tx #(
.CLK_FREQ (CLK_FREQ),
.UART_BPS (UART_BPS)
)
u_uart_tx(
.clk (sys_clk ),
.rst_n (sys_rst_n ),
.uart_tx_en (uart_rx_done),
.uart_tx_data (rx_data ),
.uart_txd (uart_txd ),
.uart_tx_busy ( )
);
2.串口发送的底层
加入一个uart_tx.v文件
module uart_tx(
input clk , //系统时钟
input rst_n , //系统复位，低有效
input uart_tx_en , //UART的发送使能
input [7:0] uart_tx_data, //UART要发送的数据
output reg uart_txd , //UART发送端口
output reg uart_tx_busy //发送忙状态信号
);
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //系统时钟频率
parameter UART_BPS = 115200 ; //串口波特率
localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS; //为得到指定波特率，对系统时钟计数BPS_CNT次
//reg define
reg [7:0] tx_data_t; //发送数据寄存器
reg [3:0] tx_cnt ; //发送数据计数器
reg [15:0] baud_cnt ; //波特率计数器
//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************
//当uart_tx_en为高时，寄存输入的并行数据，并拉高BUSY信号
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
tx_data_t <= 8'b0;
uart_tx_busy <= 1'b0;
end
//发送使能时，寄存要发送的数据，并拉高BUSY信号
else if(uart_tx_en) begin
tx_data_t <= uart_tx_data;
uart_tx_busy <= 1'b1;
end
//当计数到停止位结束时，停止发送过程
else if(tx_cnt == 4'd9 && baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - BAUD_CNT_MAX/16) begin
tx_data_t <= 8'b0; //清空发送数据寄存器
uart_tx_busy <= 1'b0; //并拉低BUSY信号
end
else begin
tx_data_t <= tx_data_t;
uart_tx_busy <= uart_tx_busy;
end
end
//波特率的计数器赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
baud_cnt <= 16'd0;
//当处于发送过程时，波特率计数器（baud_cnt）进行循环计数
else if(uart_tx_busy) begin
if(baud_cnt < BAUD_CNT_MAX - 1'b1)
baud_cnt <= baud_cnt + 16'b1;
else
baud_cnt <= 16'd0; //计数达到一个波特率周期后清零
end
else
baud_cnt <= 16'd0; //发送过程结束时计数器清零
end
//tx_cnt进行赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
tx_cnt <= 4'd0;
else if(uart_tx_busy) begin //处于发送过程时tx_cnt才进行计数
if(baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1'b1) //当波特率计数器计数到一个波特率周期时
tx_cnt <= tx_cnt + 1'b1; //发送数据计数器加1
else
tx_cnt <= tx_cnt;
end
else
tx_cnt <= 4'd0; //发送过程结束时计数器清零
end
//根据tx_cnt来给uart发送端口赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
uart_txd <= 1'b1;
else if(uart_tx_busy) begin
case(tx_cnt)
4'd0 : uart_txd <= 1'b0 ; //起始位
4'd1 : uart_txd <= tx_data_t[0]; //数据位最低位
4'd2 : uart_txd <= tx_data_t[1];
4'd3 : uart_txd <= tx_data_t[2];
4'd4 : uart_txd <= tx_data_t[3];
4'd5 : uart_txd <= tx_data_t[4];
4'd6 : uart_txd <= tx_data_t[5];
4'd7 : uart_txd <= tx_data_t[6];
4'd8 : uart_txd <= tx_data_t[7]; //数据位最高位
4'd9 : uart_txd <= 1'b1 ; //停止位
default : uart_txd <= 1'b1;
endcase
end
else
uart_txd <= 1'b1; //空闲时发送端口为高电平
end
endmodule
接收代码
1.使用接收模块
使用这个模块需要input一个接收端口
input uart_rxd //UART接收端口
/*----------------------------------------------------*/
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //定义系统时钟频率
parameter UART_BPS = 115200 ; //定义串口波特率
//wire define
wire uart_rx_done; //UART接收完成信号
wire [7:0] uart_rx_data ;
reg [7:0] rx_data ;
initial flag <= 1'b0 ;
//检验接收的数据
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if(!sys_rst_n) begin
flag <= 1'b1 ;
end
else begin
rx_data<=uart_rx_data ;
if(rx_data==8'b1111_1110)begin
flag <= ~flag ;
end
end
end
//串口接收模块
uart_rx #(
.CLK_FREQ (CLK_FREQ),
.UART_BPS (UART_BPS)
)
u_uart_rx(
.clk (sys_clk ),
.rst_n (sys_rst_n ),
.uart_rxd (uart_rxd ),
.uart_rx_done (uart_rx_done),
.uart_rx_data (uart_rx_data)
);
2.接收模块的底层
加入一个uart_rx.v文件
module uart_rx(
input clk , //系统时钟
input rst_n , //系统复位，低有效
input uart_rxd , //UART接收端口
output reg uart_rx_done, //UART接收完成信号
output reg [7:0] uart_rx_data //UART接收到的数据
);
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //系统时钟频率
parameter UART_BPS = 115200 ; //串口波特率
localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS; //为得到指定波特率，对系统时钟计数BPS_CNT次
//reg define
reg uart_rxd_d0;
reg uart_rxd_d1;
reg uart_rxd_d2;
reg rx_flag ; //接收过程标志信号
reg [3:0 ] rx_cnt ; //接收数据计数器
reg [15:0] baud_cnt ; //波特率计数器
reg [7:0 ] rx_data_t ; //接收数据寄存器
//wire define
wire start_en;
//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************
//捕获接收端口下降沿(起始位)，得到一个时钟周期的脉冲信号
assign start_en = uart_rxd_d2 & (~uart_rxd_d1) & (~rx_flag);
//针对异步信号的同步处理
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
uart_rxd_d0 <= 1'b0;
uart_rxd_d1 <= 1'b0;
uart_rxd_d2 <= 1'b0;
end
else begin
uart_rxd_d0 <= uart_rxd;
uart_rxd_d1 <= uart_rxd_d0;
uart_rxd_d2 <= uart_rxd_d1;
end
end
//给接收标志赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
rx_flag <= 1'b0;
else if(start_en) //检测到起始位
rx_flag <= 1'b1; //接收过程中，标志信号rx_flag拉高
//在停止位一半的时候，即接收过程结束，标志信号rx_flag拉低
else if((rx_cnt == 4'd9) && (baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1'b1))
rx_flag <= 1'b0;
else
rx_flag <= rx_flag;
end
//波特率的计数器赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
baud_cnt <= 16'd0;
else if(rx_flag) begin //处于接收过程时，波特率计数器（baud_cnt）进行循环计数
if(baud_cnt < BAUD_CNT_MAX - 1'b1)
baud_cnt <= baud_cnt + 16'b1;
else
baud_cnt <= 16'd0; //计数达到一个波特率周期后清零
end
else
baud_cnt <= 16'd0; //接收过程结束时计数器清零
end
//对接收数据计数器（rx_cnt）进行赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
rx_cnt <= 4'd0;
else if(rx_flag) begin //处于接收过程时rx_cnt才进行计数
if(baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1'b1) //当波特率计数器计数到一个波特率周期时
rx_cnt <= rx_cnt + 1'b1; //接收数据计数器加1
else
rx_cnt <= rx_cnt;
end
else
rx_cnt <= 4'd0; //接收过程结束时计数器清零
end
//根据rx_cnt来寄存rxd端口的数据
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
rx_data_t <= 8'b0;
else if(rx_flag) begin //系统处于接收过程时
if(baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1'b1) begin //判断baud_cnt是否计数到数据位的中间
case(rx_cnt)
4'd1 : rx_data_t[0] <= uart_rxd_d2; //寄存数据的最低位
4'd2 : rx_data_t[1] <= uart_rxd_d2;
4'd3 : rx_data_t[2] <= uart_rxd_d2;
4'd4 : rx_data_t[3] <= uart_rxd_d2;
4'd5 : rx_data_t[4] <= uart_rxd_d2;
4'd6 : rx_data_t[5] <= uart_rxd_d2;
4'd7 : rx_data_t[6] <= uart_rxd_d2;
4'd8 : rx_data_t[7] <= uart_rxd_d2; //寄存数据的高低位
default : ;
endcase
end
else
rx_data_t <= rx_data_t;
end
else
rx_data_t <= 8'b0;
end
//给接收完成信号和接收到的数据赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
uart_rx_done <= 1'b0;
uart_rx_data <= 8'b0;
end
//当接收数据计数器计数到停止位，且baud_cnt计数到停止位的中间时
else if(rx_cnt == 4'd9 && baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1'b1) begin
uart_rx_done <= 1'b1 ; //拉高接收完成信号
uart_rx_data <= rx_data_t; //并对UART接收到的数据进行赋值
end
else begin
uart_rx_done <= 1'b0;
uart_rx_data <= uart_rx_data;
end
end
endmodule
管脚约束
#时序约束
create_clock -period 20.000 -name sys_clk [get_ports sys_clk]
#IO引脚约束
#----------------------系统时钟---------------------------
set_property -dict {PACKAGE_PIN R4 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]
#----------------------系统复位---------------------------
set_property -dict {PACKAGE_PIN U2 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]
#----------------------USB UART---------------------------
set_property -dict {PACKAGE_PIN U5 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports uart_rxd]
set_property -dict {PACKAGE_PIN T6 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports uart_txd]