炼狱传奇-串口通信之战

梦翼师兄

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UART串行接口简称串口，是我们各类芯片最常用的一种异步通信接口，通过这样的串口我们就可以建立起计算机和我们实验板之间的通信和控制关系，也就是我们通常所说的上下位机通信。

要实现这样的通信，首先我们需要用到一个外部的电平转换芯片MAX232,其具体配置电路如下：

注解：

MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS_232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电

主要特点：

1. 符合所有的RS_232技术标准

2. 只需要单一+5V电源供电

3. 片载电荷泵具有升压、电源极性翻转能力，能够产生+10V和-10V电压

4. 功耗低，典型供电电流5MA

5. 内部集成2个RS_232驱动器

6. 高集成度，片外最低只需四个电容即可工作

由原理图可以看出，最终我们FPGA需要控制的其实也就是两条信号线：

RXD和TXD，分别为数据接收线和数据发送线。

那么接下来，问题就变得简单了，既然只有两条线，那么我们只需要关注其数据收发时序即可，时序图如下：

UART数据格式：

说明：在此实验中，无奇偶校验位，则一帧数据为十位。（奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法。根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验。采用何种校验是事先规定好的。通常专门设置一个奇偶校验位，用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。若用奇校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为奇数，从而确定传输代码的正确性。）

在UART接收时，采集一帧数据的中间8位有效位，忽略开始位与停止位；在UART发送时，将发送的并行8位数据转为串行数据，并添加开始位与停止位。

UART中的一帧数据为10位，空闲时均为高电平，在检测到开始位（低电平）之后，开始采集8位有效数据位（低位在前），再将停止位置为高电平即可。

通过前面的学习，我们已经了解了UART的数据格式，那么，传输速率如何控制呢？这就涉及到了一个波特率的概念：

波特率是衡量数据传输速率的指针。表示为每秒钟传送的二进制位数（bit）,例如资料传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为10*120=1200波特（bit）。此实验中设置波特率为9600bit/s。

接下来，我们设置项目要求如下：

设置一个UART控制器，当控制器从上位机接收到数据以后，马上将数据输出，发送回上位机。

接下来，我们设计系统模块图如下：

模块功能说明：bps_rx模块为串口接收数据的速率控制模块，当使能信号rx_en为高电平时，bps_rx模块内部计数器开始计数，按照设定好的波特率，输出控制数据采集的尖峰脉冲信号sel_data和有效数据位的计数值num。

模块功能说明：Uart_rx为串口串行数据的接收模块，数据从端口rs232_rx输入，在采集控制信号sel_data和有效位计数器num的控制下，进行串并转换，从端口rx_d[7:0]输出。tx_en为发送控制模块的使能信号，当Uart_rx模块接收数据完毕以后，置高信号tx_en启动数据发送，将采集到的数据rx_d[7:0]发送到上位机。

模块功能说明：bps_tx模块为串口发送数据的速率控制模块，当使能信号tx_en为高电平时，bps_tx模块内部计数器开始计数，按照设定好的波特率，输出控制数据发送的尖峰脉冲信号sel_data和有效数据位的计数值num。

模块功能说明：Uart_tx为串口串行数据的发送模块，并行数据从端口rx_d[7:0]输入，在采集控制信号sel_data和有效位计数器num的控制下，进行并串转换，从端口rs232_tx输出。

接下里，我们给出每个模块具体代码

Uart_rx模块代码：

Uart_tx模块代码：

bps_rx模块代码：

顶层模块如下:

综合编译，得到RTL视图如下：

为了验证逻辑是否正确，现编写测试代码如下

该测试模拟向我们的串口通信模块发送一个字节的数据，以检测我们的功能模块逻辑是否正确。仿真波形图如下：

由波形图可以看出，uart_rx模块和uart_tx模块接收和发送的数据相等，说明逻辑正确。

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师兄，有空能否上传一个“DDR之战”？我想学学！

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一眼就看出是至芯科技的师兄，师兄有没有关于SPI接口的教程？我最近在学SPI