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FPGA实现UART协议的接收与发送

发布人:shili8 发布时间:2025-01-12 10:24 阅读次数:0

**FPGA实现UART协议的接收与发送**

UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)是一种常见的串行通信协议,用于在计算机之间传输数据。FPGA(Field-Programmable Gate Array)是可以根据需要重新配置的逻辑门阵列,可以用来实现UART协议的接收和发送功能。在本文中,我们将介绍如何使用Verilog语言在FPGA上实现UART协议的接收和发送。

**UART协议概述**

UART协议是一种异步通信协议,主要用于串行传输数据。它通过一个单独的信号线(TXD)来传输数据,从而减少了总线宽度。UART协议使用以下几个信号:

* **RXD**:接收数据信号* **TXD**:发送数据信号* **CTS**:清除终端信号* **RTS**:请求终端信号**FPGA实现UART协议的接收和发送**

在本节中,我们将使用Verilog语言来实现UART协议的接收和发送功能。

### UART接收器UART接收器负责从RXD信号中读取数据。我们可以使用一个状态机来实现这个功能。

verilogmodule uart_receiver(
 input wire clk,
 input wire rst,
 input wire rxd,
 output reg [7:0] data);

reg [3:0] state;
reg [7:0] data;

always @(posedge clk) begin if (rst) begin state <=4'd0;
 data <=8'h00;
 end else begin case (state)
4'd0: begin if (~rxd) begin state <=4'd1;
 end end4'd1: begin if (rxd) begin state <=4'd2;
 end end4'd2: begin data[0] <= rxd;
 state <=4'd3;
 end4'd3: begin if (~rxd) begin state <=4'd4;
 end else begin state <=4'd1;
 end end default: state <=4'd0;
 endcase endendassign data = {data[7:0]};
endmodule

### UART发送器UART发送器负责将数据从TXD信号中写入。我们可以使用一个状态机来实现这个功能。
verilogmodule uart_transmitter(
 input wire clk,
 input wire rst,
 input wire [7:0] data,
 output reg txd);

reg [3:0] state;
reg [7:0] data;

always @(posedge clk) begin if (rst) begin state <=4'd0;
 txd <=1'b0;
 end else begin case (state)
4'd0: begin if (~data[7]) begin state <=4'd1;
 end end4'd1: begin if (data[7]) begin txd <=1'b1;
 state <=4'd2;
 end else begin state <=4'd0;
 end end4'd2: begin if (~data[6]) begin state <=4'd3;
 end end4'd3: begin if (data[6]) begin txd <=1'b1;
 state <=4'd4;
 end else begin state <=4'd0;
 end end default: state <=4'd0;
 endcase endendassign txd = ~txd;
endmodule

### UART接收器和发送器综合我们可以将UART接收器和发送器综合在一起,形成一个完整的UART协议实现。
verilogmodule uart(
 input wire clk,
 input wire rst,
 output reg [7:0] data,
 output reg txd);

uart_receiver u1 (
 .clk(clk),
 .rst(rst),
 .rxd(rx_d),
 .data(data)
);

uart_transmitter u2 (
 .clk(clk),
 .rst(rst),
 .data(data),
 .txd(txd)
);
endmodule

### UART接收器和发送器测试我们可以使用一个测试模块来测试UART接收器和发送器的功能。
verilogmodule uart_test(
 input wire clk,
 input wire rst,
 output reg [7:0] data,
 output reg txd);

uart u1 (
 .clk(clk),
 .rst(rst),
 .data(data),
 .txd(txd)
);

reg [7:0] data_in =8'h12;
reg [3:0] state;

always @(posedge clk) begin if (rst) begin state <=4'd0;
 data <=8'h00;
 end else begin case (state)
4'd0: begin if (~data_in[7]) begin state <=4'd1;
 end end4'd1: begin if (data_in[7]) begin data[0] <= data_in[0];
 state <=4'd2;
 end else begin state <=4'd0;
 end end4'd2: begin if (~data_in[6]) begin state <=4'd3;
 end end4'd3: begin if (data_in[6]) begin data[1] <= data_in[1];
 state <=4'd4;
 end else begin state <=4'd0;
 end end default: state <=4'd0;
 endcase endendassign txd = ~txd;

initial begin rst <=1'b1;
 #10;
 rst <=1'b0;
 data_in <=8'h12;
 #100;
 data_in <=8'h34;
 #100;
 data_in <=8'h56;
endendmodule

### UART接收器和发送器综合测试我们可以使用一个综合测试模块来测试UART接收器和发送器的功能。
verilogmodule uart_testbench(
 input wire clk,
 output reg [7:0] data,
 output reg txd);

uart u1 (
 .clk(clk),
 .data(data),
 .txd(txd)
);

reg [7:0] data_in =8'h12;
reg [3:0] state;

always @(posedge clk) begin if (rst) begin state <=4'd0;
 data <=8'h00;
 end else begin case (state)
4'd0: begin if (~data_in[7]) begin state <=4'd1;
 end end4'd1: begin if (data_in[7]) begin data[0] <= data_in[0];
 state <=4'd2;
 end else begin state <=4'd0;
 end end4'd2: begin if (~data_in[6]) begin state <=4'd3;
 end end4'd3: begin if (data_in[6]) begin data[1] <= data_in[1];
 state <=4'd4;
 end else begin state <=4'd0;
 end end default: state <=4'd0;
 endcase endendassign txd = ~txd;

initial begin rst <=1'b1;
 #10;
 rst <=1'b0;
 data_in <=8'h12;
 #100;
 data_in <=8'h34;
 #100;
 data_in <=8'h56;
endendmodule

### UART接收器和发送器综合测试结果我们可以使用一个综合测试模块来测试UART接收器和发送器的功能。
verilogmodule uart_testbench(
 input wire clk,
 output reg [7:0] data,
 output reg txd);

uart u1 (
 .clk(clk),
 .data(data),
 .txd(txd)
);

reg [7:0] data_in =8'h12;
reg [3:0] state;

always @(posedge clk) begin if (rst) begin state <=4'd0;
 data <=8'h00;
 end else begin case (state)
4'd0: begin

相关标签:fpga开发
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