【FPGA】串口通信讲解-状态机判断数据值

**FPGA串口通信讲解**

在数字电路设计中，串行通信是一种常见的接口方式。它通过一条线传输数据，从而减少了信号线的数量，提高了系统的可靠性和效率。在FPGA设计中，串口通信也是一个重要的组成部分。本文将讲解如何使用状态机来判断串口通信中的数据值。

**什么是状态机**

状态机是一种用于处理有限状态自动机的算法。它通过检查当前状态来决定下一个状态，从而实现对输入序列的处理。在FPGA设计中，状态机可以用来检测和解析串口通信中的数据。

**串口通信基本原理**

串口通信涉及到两个设备之间的数据传输。每个设备都有一个发送端和一个接收端。发送端将数据写入缓冲区，然后通过串行线传输给接收端。接收端则从缓冲区读取数据，并进行处理。

在FPGA设计中，串口通信通常使用UART（通用异步接收器/传输器）协议来实现。UART协议定义了数据的格式和传输方式。在UART协议中，数据被分成8位字节，每个字节有一个起始位、一个停止位和一系列奇偶校验位。

**状态机判断数据值**

在FPGA设计中，我们可以使用状态机来判断串口通信中的数据值。下面是基本的流程：

1. **读取数据**:从串口接收缓冲区中读取数据。
2. **检查起始位**:检查数据是否有起始位。如果没有，跳过当前字节。
3. **检查停止位**:检查数据是否有停止位。如果没有，跳过当前字节。
4. **检查奇偶校验位**:检查数据的奇偶校验位是否正确。如果不正确，跳过当前字节。
5. **解析数据**:如果所有检查都通过，则将数据解析为8位字节。

下面是使用状态机来判断串口通信中的数据值的示例代码：

vhdllibrary IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC;
use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;

entity serial_communication is Port ( clk : in STD_LOGIC; -- 时钟信号 rx_data : in STD_LOGIC_VECTOR(7 downto0); -- 接收数据 valid : out STD_LOGIC; -- 数据有效标志 data_out : out STD_LOGIC_VECTOR(7 downto0) -- 输出数据 );
end serial_communication;

architecture Behavioral of serial_communication is signal state : integer range0 to4; -- 状态机状态 signal start_bit : STD_LOGIC; -- 起始位 signal stop_bit : STD_LOGIC; -- 停止位 signal parity_bit : STD_LOGIC; -- 奇偶校验位begin process(clk)
 begin if rising_edge(clk) then case state is when0 => -- 等待起始位 start_bit <= rx_data(7);
 if start_bit = '1' then state <=1; -- 检查停止位 end if;
 when1 => -- 检查停止位 stop_bit <= rx_data(7);
 if stop_bit = '0' then state <=2; -- 检查奇偶校验位 end if;
 when2 => -- 检查奇偶校验位 parity_bit <= rx_data(7);
 if parity_bit = '1' then state <=3; -- 解析数据 end if;
 when3 => -- 解析数据 data_out <= rx_data;
 valid <= '1';
 state <=0; -- 回到初始状态 when others =>
 state <=0; -- 回到初始状态 end case;
 end if;
 end process;

end Behavioral;