RS485串口通信实验（使用两块开发板通过RS-485串口通信，由各自开发板上的四个按键分别控制对方开发板上四个LED灯的亮灭。）
RS485只有两根数据线，只能实现半双工传输
系统框图
1.按键模块
module key_debounce( //按键消抖
input sys_clk, //外部50M时钟
input sys_rst_n, //外部复位信号，低有效
input [3:0] key, //外部按键输入
output reg key_flag, //按键数据有效信号
output reg [3:0] key_value //按键消抖后的数据
);
//reg define
reg [31:0] delay_cnt; //按键消抖计数器
reg [ 3:0] key_reg; //按键值寄存器
//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************
/*******按键消抖*******************/
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
key_reg <= 4'b1111;
delay_cnt <= 32'd0;
end
else begin
key_reg <= key;
if(key_reg != key) //一旦检测到按键状态发生变化(有按键被按下或释放)
delay_cnt <= 32'd1000000; //给延时计数器重新装载初始值（计数时间为20ms）
else if(key_reg == key) begin //在按键状态稳定时，计数器递减，开始20ms倒计时
if(delay_cnt > 32'd0)
delay_cnt <= delay_cnt - 1'b1;
else
delay_cnt <= delay_cnt;
end
end
end
/**************得到按键值*******************/
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
key_flag <= 1'b0;
key_value <= 4'b1111;
end
else begin
if(delay_cnt == 32'd1) begin //当计数器递减到1时，说明按键稳定状态维持了20ms
key_flag <= 1'b1; //此时消抖过程结束，给出一个时钟周期的标志信号
key_value <= key; //并寄存此时按键的值
end
else begin
key_flag <= 1'b0;
key_value <= key_value;
end
end
end
endmodule 2.发送模块：
module uart_send( //得到按键值，进行发送
input sys_clk, //系统时钟
input sys_rst_n, //系统复位，低电平有效
input uart_en, //接收到key_flag按键数据有效信号后，发送使能信号
input [7:0] uart_din, //接收到按键有效数据，待发送数据
output reg uart_txd, //UART发送端口，将8位数据串行发送出去
output reg tx_flag //发送使能，高有效
);
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //系统时钟频率
parameter UART_BPS = 9600; //串口波特率
localparam BPS_CNT = 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_en_d0;
reg uart_en_d1;
reg [15:0] clk_cnt; //系统时钟计数器
reg [ 3:0] tx_cnt; //发送数据计数器
reg [ 7:0] tx_data; //寄存发送数据
//wire define
wire en_flag;
//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************
//捕获uart_en上升沿，得到一个时钟周期的脉冲信号
assign en_flag = (~uart_en_d1) & uart_en_d0;
//对发送使能信号uart_en延迟两个时钟周期
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
uart_en_d0 <= 1'b0;
uart_en_d1 <= 1'b0;
end
else begin //当有效时，传回来1
uart_en_d0 <= uart_en;
uart_en_d1 <= uart_en_d0; //默认的时候是低电平
end
end
//当脉冲信号en_flag到达时,寄存待发送的数据，并进入发送过程
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
tx_flag <= 1'b0;
tx_data <= 8'd0;
end
else if (en_flag) begin //检测到发送使能上升沿
tx_flag <= 1'b1; //进入发送过程，标志位tx_flag拉高
tx_data <= uart_din; //寄存待发送的数据
end
else
if ((tx_cnt == 4'd9)&&(clk_cnt == BPS_CNT/2))
begin //计数到最后一位停止位的中间时，停止发送过程
tx_flag <= 1'b0; //发送过程结束，标志位tx_flag拉低
tx_data <= 8'd0;
end
else begin
tx_flag <= tx_flag;
tx_data <= tx_data;
end
end
//进入发送过程后，启动系统时钟计数器与发送数据计数器
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
clk_cnt <= 16'd0;
tx_cnt <= 4'd0;
end
else if (tx_flag) begin //处于发送过程
if (clk_cnt < BPS_CNT - 1) begin
clk_cnt <= clk_cnt + 1'b1;
tx_cnt <= tx_cnt;
end
else begin
clk_cnt <= 16'd0; //对系统时钟计数达一个波特率周期后清零
tx_cnt <= tx_cnt + 1'b1; //此时发送数据计数器加1，即已经经过一个发送周期，发送完一位数据
end
end
else begin //发送过程结束
clk_cnt <= 16'd0;
tx_cnt <= 4'd0;
end
end
//根据发送数据计数器来给uart发送端口赋值
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n)
uart_txd <= 1'b1;
else if (tx_flag)
case(tx_cnt)
4'd0: uart_txd <= 1'b0; //起始位
4'd1: uart_txd <= tx_data[0]; //数据位最低位
4'd2: uart_txd <= tx_data[1];
4'd3: uart_txd <= tx_data[2];
4'd4: uart_txd <= tx_data[3];
4'd5: uart_txd <= tx_data[4];
4'd6: uart_txd <= tx_data[5];
4'd7: uart_txd <= tx_data[6];
4'd8: uart_txd <= tx_data[7]; //数据位最高位
4'd9: uart_txd <= 1'b1; //停止位
default: ;
endcase
else
uart_txd <= 1'b1; //空闲时发送端口为高电平
end
endmodule
3.接收模块：
module uart_recv(
input sys_clk, //系统时钟
input sys_rst_n, //系统复位，低电平有效
input uart_rxd, //UART接收端口，即接收发送端的串行数据
output reg uart_done, //接收一帧数据完成标志信号
output reg [7:0] uart_data //接收的数据
);
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //系统时钟频率
parameter UART_BPS = 9600; //串口波特率
localparam BPS_CNT = CLK_FREQ/UART_BPS; //为得到指定波特率，
//需要对系统时钟计数BPS_CNT次
//reg define
reg uart_rxd_d0;
reg uart_rxd_d1;
reg [15:0] clk_cnt; //系统时钟计数器
reg [ 3:0] rx_cnt; //接收数据计数器
reg rx_flag; //接收过程标志信号
reg [ 7:0] rxdata; //接收数据寄存器
//wire define
wire start_flag;
//*****************************************************
//** 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_flag = uart_rxd_d1 & (~uart_rxd_d0);
//对UART接收端口的数据延迟两个时钟周期
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
uart_rxd_d0 <= 1'b0;
uart_rxd_d1 <= 1'b0;
end
else begin
uart_rxd_d0 <= uart_rxd; //所以接收到有效位为0
uart_rxd_d1 <= uart_rxd_d0; //发送端空闲时为高电平
end
end
//当脉冲信号start_flag到达时，进入接收过程
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n)
rx_flag <= 1'b0;
else begin
if(start_flag) //检测到起始位
rx_flag <= 1'b1; //进入接收过程，标志位rx_flag拉高
else if((rx_cnt == 4'd9)&&(clk_cnt == BPS_CNT/2))
rx_flag <= 1'b0; //计数到最后一位停止位中间时，停止接收过程
else
rx_flag <= rx_flag;
end
end
//进入接收过程后，启动系统时钟计数器与接收数据计数器
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
clk_cnt <= 16'd0;
rx_cnt <= 4'd0;
end
else if ( rx_flag ) begin //处于接收过程
if (clk_cnt < BPS_CNT - 1) begin
clk_cnt <= clk_cnt + 1'b1;
rx_cnt <= rx_cnt;
end
else begin
clk_cnt <= 16'd0; //对系统时钟计数达一个波特率周期后清零
rx_cnt <= rx_cnt + 1'b1; //此时接收数据计数器加1
end
end
else begin //接收过程结束，计数器清零
clk_cnt <= 16'd0;
rx_cnt <= 4'd0;
end
end
//根据接收数据计数器来寄存uart接收端口数据
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if ( !sys_rst_n)
rxdata <= 8'd0;
else if(rx_flag) //系统处于接收过程
if (clk_cnt == BPS_CNT/2) begin //判断系统时钟计数器计数到数据位中间
case ( rx_cnt )
4'd1 : rxdata[0] <= uart_rxd_d1; //寄存数据位最低位
4'd2 : rxdata[1] <= uart_rxd_d1;
4'd3 : rxdata[2] <= uart_rxd_d1;
4'd4 : rxdata[3] <= uart_rxd_d1;
4'd5 : rxdata[4] <= uart_rxd_d1;
4'd6 : rxdata[5] <= uart_rxd_d1;
4'd7 : rxdata[6] <= uart_rxd_d1;
4'd8 : rxdata[7] <= uart_rxd_d1; //寄存数据位最高位
default:;
endcase
end
else
rxdata <= rxdata;
else
rxdata <= 8'd0;
end
//数据接收完毕后给出标志信号并寄存输出接收到的数据
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin
uart_data <= 8'd0;
uart_done <= 1'b0;
end
else if(rx_cnt == 4'd9) begin //接收数据计数器计数到停止位时
uart_data <= rxdata; //寄存输出接收到的数据
uart_done <= 1'b1; //并将接收完成标志位拉高
end
else begin
uart_data <= 8'd0;
uart_done <= 1'b0;
end
end
endmodule Q：为啥这两个不一样啊
A：串口都是默认是高电平的，有数据之后就是低电平，停止位是回到高（我老是以为uart_en_d0和uart_en_d1是复位的时候给的值，全是0，应该复位完之后，就已经在传值了）
4.led模块：
module led_ctrl(
input sys_clk, //外部50M时钟
input sys_rst_n, //外部复位信号，低有效
input led_en, //led控制使能，接收到uart_done
input [3:0] led_data, //led控制数据
output reg [3:0] led //led灯
);
//reg define
reg led_en_d0;
reg led_en_d1;
//wire define
wire led_en_flag;
//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************
//捕获led_en上升沿，得到一个时钟周期的脉冲信号
assign led_en_flag = (~led_en_d1) & led_en_d0;
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n) begin s
led_en_d0 <= 1'b0;
led_en_d1 <= 1'b0;
end
else begin
led_en_d0 <= led_en;
led_en_d1 <= led_en_d0; //当没有接收完时为0
end
end
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if (!sys_rst_n)
led <= 4'b0000;
else if(led_en_flag) //在led_en上升沿到来时，改变led灯的状态
led <= ~led_data; //按键按下时为低电平，而led高电平时点亮
else
led <= led;
end
endmodule 5.顶层模块：
module rs485_uart_top(
input sys_clk, //外部50M时钟
input sys_rst_n, //外部复位信号，低有效
input [3:0] key, //按键
output [3:0] led, //led灯
//uart接口
input rs485_uart_rxd, //rs485串口接收端口
output rs485_uart_txd, //rs485串口发送端口
output rs485_tx_en //rs485发送使能，高有效
);
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //定义系统时钟频率50M
parameter UART_BPS = 115200; //定义串口波特率
//wire define
wire tx_en_w; //UART发送使能
wire rx_done_w; //UART接收完毕信号
wire [7:0] tx_data_w; //UART发送数据
wire [7:0] rx_data_w; //UART接收数据
wire [3:0] key_value_w; //消抖后的按键数据
//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************
assign tx_data_w = {4'd0,key_value_w}; //将按键消抖后的值送到发送模块
uart_recv #( //串口接收模块
.CLK_FREQ (CLK_FREQ), //设置系统时钟频率
.UART_BPS (UART_BPS)) //设置串口接收波特率
u_uart_recv(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.uart_rxd (rs485_uart_rxd),
.uart_done (rx_done_w),
.uart_data (rx_data_w)
);
uart_send #( //串口发送模块
.CLK_FREQ (CLK_FREQ), //设置系统时钟频率
.UART_BPS (UART_BPS)) //设置串口发送波特率
u_uart_send(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.uart_en (tx_en_w),
.uart_din (tx_data_w),
.uart_txd (rs485_uart_txd),
.tx_flag (rs485_tx_en) //rs485串口发送使能，高有效
);
key_debounce u_key_debounce(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.key (key),
.key_flag (tx_en_w), //按键有效通知信号
.key_value (key_value_w) //按键消抖后的数据
);
led_ctrl u_led_ctrl(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.led_en (rx_done_w), //led控制使能
.led_data (rx_data_w[3:0]), //led控制数据
.led (led)
);
endmodule