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野火FPGA强化（1）：串口
第31讲：串口RS232
通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，简称UART）
UART是一种通用的数据通信协议，也是异步串行通信口（串口）的总称，它在发送数据时将并行数据转换成串行数据来传输，在接收数据时将接收到的串行数据转换成并行数据。
包括RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范。
实验目标
顶层模块设计
子功能模块设计
系统框图
串口数据接收模块：Uart_rx
串口数据接收模块
`timescale 1ns/1ns module uart_rx #( parameter UART_BPS = 'd9600, //串口波特率 parameter CLK_FREQ = 'd50_000_000 //时钟频率 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50MHz input wire sys_rst_n , //全局复位 input wire rx , //串口接收数据 output reg [7:0] po_data , //串转并后的8bit数据 output reg po_flag //串转并后的数据有效标志信号 ); //localparam define localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS ; //reg define reg rx_reg1 ; reg rx_reg2 ; reg rx_reg3 ; reg start_nedge ; reg work_en ; reg [12:0] baud_cnt ; reg bit_flag ; reg [3:0] bit_cnt ; reg [7:0] rx_data ; reg rx_flag ; //插入两级寄存器进行数据同步，用来消除亚稳态 //rx_reg1:第一级寄存器，寄存器空闲状态复位为1 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_reg1 <= 1'b1; else rx_reg1 <= rx; //rx_reg2:第二级寄存器，寄存器空闲状态复位为1 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_reg2 <= 1'b1; else rx_reg2 <= rx_reg1; //rx_reg3:第三级寄存器和第二级寄存器共同构成下降沿检测 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_reg3 <= 1'b1; else rx_reg3 <= rx_reg2; //start_nedge:检测到下降沿时start_nedge产生一个时钟的高电平 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) start_nedge <= 1'b0; else if((~rx_reg2) && (rx_reg3)) start_nedge <= 1'b1; else start_nedge <= 1'b0; //work_en:接收数据工作使能信号 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) work_en <= 1'b0; else if(start_nedge == 1'b1) work_en <= 1'b1; else if((bit_cnt == 4'd8) && (bit_flag == 1'b1)) work_en <= 1'b0; //baud_cnt:波特率计数器计数，从0计数到BAUD_CNT_MAX - 1 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) baud_cnt <= 13'b0; else if((baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1) || (work_en == 1'b0)) baud_cnt <= 13'b0; else if(work_en == 1'b1) baud_cnt <= baud_cnt + 1'b1; //bit_flag:当baud_cnt计数器计数到中间数时采样的数据最稳定， //此时拉高一个标志信号表示数据可以被取走 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_flag <= 1'b0; else if(baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1) bit_flag <= 1'b1; else bit_flag <= 1'b0; //bit_cnt:有效数据个数计数器，当8个有效数据（不含起始位和停止位） //都接收完成后计数器清零 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_cnt <= 4'b0; else if((bit_cnt == 4'd8) && (bit_flag == 1'b1)) bit_cnt <= 4'b0; else if(bit_flag ==1'b1) bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1; //rx_data:输入数据进行移位 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_data <= 8'b0; else if((bit_cnt >= 4'd1)&&(bit_cnt <= 4'd8)&&(bit_flag == 1'b1)) rx_data <= {rx_reg3, rx_data[7:1]}; //rx_flag:输入数据移位完成时rx_flag拉高一个时钟的高电平 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_flag <= 1'b0; else if((bit_cnt == 4'd8) && (bit_flag == 1'b1)) rx_flag <= 1'b1; else rx_flag <= 1'b0; //po_data:输出完整的8位有效数据 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) po_data <= 8'b0; else if(rx_flag == 1'b1) po_data <= rx_data; //po_flag:输出数据有效标志（比rx_flag延后一个时钟周期，为了和po_data同步） always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) po_flag <= 1'b0; else po_flag <= rx_flag; endmodule- 1
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tb_uart_rx.v
`timescale 1ns/1ns module tb_uart_rx(); //reg define reg sys_clk; reg sys_rst_n; reg rx; //wire define wire [7:0] po_data; wire po_flag; //初始化系统时钟、全局复位和输入信号 initial begin sys_clk = 1'b1; sys_rst_n <= 1'b0; rx <= 1'b1; #20; sys_rst_n <= 1'b1; end //模拟发送8次数据，分别为0~7 initial begin #200 rx_bit(8'd0); //任务的调用，任务名+括号中要传递进任务的参数 rx_bit(8'd1); rx_bit(8'd2); rx_bit(8'd3); rx_bit(8'd4); rx_bit(8'd5); rx_bit(8'd6); rx_bit(8'd7); end //sys_clk:每10ns电平翻转一次，产生一个50MHz的时钟信号 always #10 sys_clk = ~sys_clk; //定义一个名为rx_bit的任务，每次发送的数据有10位 //data的值分别为0~7由j的值传递进来 //任务以task开头，后面紧跟着的是任务名，调用时使用 task rx_bit( //传递到任务中的参数，调用任务的时候从外部传进来一个8位的值 input [7:0] data ); integer i; //定义一个常量 //用for循环产生一帧数据，for括号中最后执行的内容只能写i=i+1 //不可以写成C语言i=i++的形式 for(i=0; i<10; i=i+1) begin case(i) 0: rx <= 1'b0; 1: rx <= data[0]; 2: rx <= data[1]; 3: rx <= data[2]; 4: rx <= data[3]; 5: rx <= data[4]; 6: rx <= data[5]; 7: rx <= data[6]; 8: rx <= data[7]; 9: rx <= 1'b1; endcase #(5208*20); //每发送1位数据延时5208个时钟周期 end endtask //任务以endtask结束 //------------------------uart_rx_inst------------------------ uart_rx uart_rx_inst( .sys_clk (sys_clk ), //input sys_clk .sys_rst_n (sys_rst_n ), //input sys_rst_n .rx (rx ), //input rx .po_data (po_data ), //output [7:0] po_data .po_flag (po_flag ) //output po_flag ); endmodule- 1
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串口数据发送模块：Uart_tx
`timescale 1ns/1ns module uart_tx #( parameter UART_BPS = 'd9600, //串口波特率 parameter CLK_FREQ = 'd50_000_000 //时钟频率 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50MHz input wire sys_rst_n , //全局复位 input wire [7:0] pi_data , //模块输入的8bit数据 input wire pi_flag , //并行数据有效标志信号 output reg tx //串转并后的1bit数据 ); //localparam define localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS ; //reg define reg [12:0] baud_cnt; reg bit_flag; reg [3:0] bit_cnt ; reg work_en ; //work_en:接收数据工作使能信号 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) work_en <= 1'b0; else if(pi_flag == 1'b1) work_en <= 1'b1; else if((bit_flag == 1'b1) && (bit_cnt == 4'd9)) work_en <= 1'b0; //baud_cnt:波特率计数器计数，从0计数到BAUD_CNT_MAX - 1 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) baud_cnt <= 13'b0; else if((baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1) || (work_en == 1'b0)) baud_cnt <= 13'b0; else if(work_en == 1'b1) baud_cnt <= baud_cnt + 1'b1; //bit_flag:当baud_cnt计数器计数到1时让bit_flag拉高一个时钟的高电平 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_flag <= 1'b0; else if(baud_cnt == 13'd1) bit_flag <= 1'b1; else bit_flag <= 1'b0; //bit_cnt:数据位数个数计数，10个有效数据（含起始位和停止位）到来后计数器清零 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_cnt <= 4'b0; else if((bit_flag == 1'b1) && (bit_cnt == 4'd9)) bit_cnt <= 4'b0; else if((bit_flag == 1'b1) && (work_en == 1'b1)) bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1; //tx:输出数据在满足rs232协议（起始位为0，停止位为1）的情况下一位一位输出 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) tx <= 1'b1; //空闲状态时为高电平 else if(bit_flag == 1'b1) case(bit_cnt) 0 : tx <= 1'b0; 1 : tx <= pi_data[0]; 2 : tx <= pi_data[1]; 3 : tx <= pi_data[2]; 4 : tx <= pi_data[3]; 5 : tx <= pi_data[4]; 6 : tx <= pi_data[5]; 7 : tx <= pi_data[6]; 8 : tx <= pi_data[7]; 9 : tx <= 1'b1; default : tx <= 1'b1; endcase endmodule- 1
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tb_uart_tx.v
`timescale 1ns/1ns module tb_uart_tx(); //reg define reg sys_clk; reg sys_rst_n; reg [7:0] pi_data; reg pi_flag; //wire define wire tx; //初始化系统时钟、全局复位 initial begin sys_clk = 1'b1; sys_rst_n <= 1'b0; #20; sys_rst_n <= 1'b1; end //模拟发送7次数据，分别为0~7 initial begin pi_data <= 8'b0; pi_flag <= 1'b0; #200 //发送数据0 pi_data <= 8'd0; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; //每发送1bit数据需要5208个时钟周期，一帧数据为10bit //所以需要数据延时(5208*20*10)后再产生下一个数据 #(5208*20*10); //发送数据1 pi_data <= 8'd1; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; #(5208*20*10); //发送数据2 pi_data <= 8'd2; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; #(5208*20*10); //发送数据3 pi_data <= 8'd3; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; #(5208*20*10); //发送数据4 pi_data <= 8'd4; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; #(5208*20*10); //发送数据5 pi_data <= 8'd5; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; #(5208*20*10); //发送数据6 pi_data <= 8'd6; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; #(5208*20*10); //发送数据7 pi_data <= 8'd7; pi_flag <= 1'b1; #20 pi_flag <= 1'b0; end //sys_clk:每10ns电平翻转一次，产生一个50MHz的时钟信号 always #10 sys_clk = ~sys_clk; //------------------------uart_rx_inst------------------------ uart_tx uart_tx_inst( .sys_clk (sys_clk ), //input sys_clk .sys_rst_n (sys_rst_n ), //input sys_rst_n .pi_data (pi_data ), //output [7:0] pi_data .pi_flag (pi_flag ), //output pi_flag .tx (tx ) //input tx ); endmodule- 1
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底层模块：rs232
`timescale 1ns/1ns module rs232 ( input wire sys_clk , //系统时钟50MHz input wire sys_rst_n , //全局复位 input wire rx , //串口接收数据 output wire tx //串口发送数据 ); //parameter define parameter UART_BPS = 14'd9600 , //比特率 CLK_FREQ = 26'd50_000_000 ; //时钟频率 //wire define wire [7:0] po_data; wire po_flag; //------------------------ uart_rx_inst ------------------------ uart_rx #( .UART_BPS (UART_BPS ), //串口波特率 .CLK_FREQ (CLK_FREQ ) //时钟频率 ) uart_rx_inst ( .sys_clk (sys_clk ), //input sys_clk .sys_rst_n (sys_rst_n ), //input sys_rst_n .rx (rx ), //input rx .po_data (po_data ), //output [7:0] po_data .po_flag (po_flag ) //output po_flag ); //------------------------ uart_tx_inst ------------------------ uart_tx #( .UART_BPS (UART_BPS ), //串口波特率 .CLK_FREQ (CLK_FREQ ) //时钟频率 ) uart_tx_inst ( .sys_clk (sys_clk ), //input sys_clk .sys_rst_n (sys_rst_n ), //input sys_rst_n .pi_data (po_data ), //input [7:0] pi_data .pi_flag (po_flag ), //input pi_flag .tx (tx ) //output tx ); endmodule- 1
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tb_rs232.v
`timescale 1ns/1ns module tb_rs232(); //wire define wire tx ; //reg define reg sys_clk ; reg sys_rst_n ; reg rx ; //初始化系统时钟、全局复位和输入信号 initial begin sys_clk = 1'b1; sys_rst_n <= 1'b0; rx <= 1'b1; #20; sys_rst_n <= 1'b1; end //调用任务rx_byte initial begin #200 rx_byte(); end //sys_clk:每10ns电平翻转一次，产生一个50MHz的时钟信号 always #10 sys_clk = ~sys_clk; //创建任务rx_byte，本次任务调用rx_bit任务，发送8次数据，分别为0~7 task rx_byte(); //因为不需要外部传递参数，所以括号中没有输入 integer j; for(j=0; j<8; j=j+1) //调用8次rx_bit任务，每次发送的值从0变化7 rx_bit(j); endtask //创建任务rx_bit，每次发送的数据有10位，data的值分别为0到7由j的值传递进来 task rx_bit( input [7:0] data ); integer i; for(i=0; i<10; i=i+1) begin case(i) 0: rx <= 1'b0; 1: rx <= data[0]; 2: rx <= data[1]; 3: rx <= data[2]; 4: rx <= data[3]; 5: rx <= data[4]; 6: rx <= data[5]; 7: rx <= data[6]; 8: rx <= data[7]; 9: rx <= 1'b1; endcase #(5208*20); //每发送1位数据延时5208个时钟周期 end endtask //------------------------ rs232_inst ------------------------ rs232 rs232_inst ( .sys_clk (sys_clk ), //input sys_clk .sys_rst_n (sys_rst_n ), //input sys_rst_n .rx (rx ), //input rx .tx (tx ) //output tx ); endmodule- 1
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第32讲：使用SignalTap II嵌入式逻辑分析仪在线调试
看视频讲解：https://www.bilibili.com/video/BV17z411i7er
第33讲：串口RS485
RS485是双向、半双工通信协议，信号采用差分传输方式，允许多个驱动器和接收器挂接在总线上，其中每个驱动器都能够脱离总线。
实现目标
系统框图
控制板波形
被控制板波形
key_filter
`timescale 1ns/1ns module key_filter #( parameter CNT_MAX = 20'd999_999 //计数器计数最大值 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50Mhz input wire sys_rst_n , //全局复位 input wire key_in , //按键输入信号 output reg key_flag //key_flag为1时表示消抖后检测到按键被按下 //key_flag为0时表示没有检测到按键被按下 ); //reg define reg [19:0] cnt_20ms ; //计数器 //cnt_20ms:如果时钟的上升沿检测到外部按键输入的值为低电平时，计数器开始计数 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt_20ms <= 20'b0; else if(key_in == 1'b1) cnt_20ms <= 20'b0; else if(cnt_20ms == CNT_MAX && key_in == 1'b0) //为低电平且已经达到最大值，不再进行清零 cnt_20ms <= cnt_20ms; else cnt_20ms <= cnt_20ms + 1'b1; //key_flag:当计数满20ms后产生按键有效标志位 //且key_flag在999_999时拉高,维持一个时钟的高电平 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) key_flag <= 1'b0; else if(cnt_20ms == CNT_MAX - 1'b1) key_flag <= 1'b1; else key_flag <= 1'b0; endmodule- 1
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water_led
`timescale 1ns/1ns module water_led #( parameter CNT_MAX = 25'd24_999_999 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50Mh input wire sys_rst_n , //全局复位 output wire [3:0] led_out //输出控制led灯 ); //reg define reg [24:0] cnt ; reg cnt_flag ; reg [3:0] led_out_reg ; //cnt:计数器计数1s always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt <= 25'b0; else if(cnt == CNT_MAX) cnt <= 25'b0; else cnt <= cnt + 1'b1; //cnt_flag:计数器计数满1s标志信号 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt_flag <= 1'b0; else if(cnt == CNT_MAX - 1) cnt_flag <= 1'b1; else cnt_flag <= 1'b0; //led_out_reg:led循环流水 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) led_out_reg <= 4'b0001; else if(led_out_reg == 4'b1000 && cnt_flag == 1'b1) led_out_reg <= 4'b0001; else if(cnt_flag == 1'b1) led_out_reg <= led_out_reg << 1'b1; //左移 assign led_out = ~led_out_reg; endmodule- 1
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breath_led
`timescale 1ns/1ns module breath_led #( parameter CNT_1US_MAX = 6'd49 , parameter CNT_1MS_MAX = 10'd999 , parameter CNT_1S_MAX = 10'd999 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50Mhz input wire sys_rst_n , //全局复位 output reg led_out //输出信号，控制led灯 ); //reg define reg [5:0] cnt_1us ; reg [9:0] cnt_1ms ; reg [9:0] cnt_1s ; reg cnt_1s_flag ; //cnt_1us:1us计数器 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt_1us <= 6'b0; else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX) cnt_1us <= 6'b0; else cnt_1us <= cnt_1us + 1'b1; //cnt_1ms:1ms计数器 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt_1ms <= 10'b0; else if(cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX) cnt_1ms <= 10'b0; else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX) cnt_1ms <= cnt_1ms + 1'b1; //cnt_1s:1s计数器 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt_1s <= 10'b0; else if(cnt_1s == CNT_1S_MAX && cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX) cnt_1s <= 10'b0; else if(cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX) cnt_1s <= cnt_1s + 1'b1; //cnt_1s_flag:1s计数器标志信号 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt_1s_flag <= 1'b0; else if(cnt_1s == CNT_1S_MAX && cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX) cnt_1s_flag <= ~cnt_1s_flag; //led_out:输出信号连接到外部的led灯 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) led_out <= 1'b0; else if((cnt_1s_flag == 1'b1 && cnt_1ms < cnt_1s) || (cnt_1s_flag == 1'b0 && cnt_1ms > cnt_1s)) led_out <= 1'b0; else led_out <= 1'b1; endmodule- 1
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led_ctrl
`timescale 1ns/1ns module led_ctrl ( input wire sys_clk , //模块时钟，50MHz input wire sys_rst_n , //复位信号，低有效 input wire water_key_flag , //流水灯按键有效信号 input wire breath_key_flag , //呼吸灯按键有效信号 input wire [3:0] led_out_w , //流水灯 input wire led_out_b , //呼吸灯 input wire [7:0] po_data , //接收数据 output wire pi_flag , //发送标志信号 output wire [7:0] pi_data , //发送数据 output reg [3:0] led_out //输出led灯 ); //reg define reg water_led_flag ; //流水灯标志信号，作为pi_data[0]发送 reg breath_led_flag ; //呼吸灯标志信号，作为pi_data[1]发送 //按下呼吸灯按键或流水灯按键时，开始发送数据 assign pi_flag = water_key_flag | breath_key_flag; //低两位数据为led控制信号 assign pi_data = {6'd0,breath_led_flag,water_led_flag}; //water_key_flag:串口发送的控制信号，高时流水灯，低时停止（按键控制） always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) water_led_flag <= 1'b0; else if(breath_key_flag == 1'b1) water_led_flag <= 1'b0; else if(water_key_flag == 1'b1) water_led_flag <= ~water_led_flag; //breath_key_flag：串口发送的控制信号，高时呼吸灯灯，低时停止（按键控制） always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) breath_led_flag <= 1'b0; else if(water_key_flag == 1'b1) breath_led_flag <= 1'b0; else if(breath_key_flag == 1'b1) breath_led_flag <= ~breath_led_flag; //led_out：当传入的流水灯有效时，led灯为流水灯，同理呼吸灯也是如此 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) led_out <= 4'b1111; else if(po_data[0] == 1'b1 ) led_out <= led_out_w; else if(po_data[1] == 1'b1 ) //使四个led灯都显示呼吸灯状态 led_out <= {led_out_b,led_out_b,led_out_b,led_out_b}; else led_out <= 4'b1111; endmodule- 1
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uart_rx
`timescale 1ns/1ns module uart_rx #( parameter UART_BPS = 'd9600, //串口波特率 parameter CLK_FREQ = 'd50_000_000 //时钟频率 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50MHz input wire sys_rst_n , //全局复位 input wire rx , //串口接收数据 output reg [7:0] po_data , //串转并后的8bit数据 output reg po_flag //串转并后的数据有效标志信号 ); //localparam define localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS ; //reg define reg rx_reg1 ; reg rx_reg2 ; reg rx_reg3 ; reg start_nedge ; reg work_en ; reg [12:0] baud_cnt ; reg bit_flag ; reg [3:0] bit_cnt ; reg [7:0] rx_data ; reg rx_flag ; //插入两级寄存器进行数据同步，用来消除亚稳态 //rx_reg1:第一级寄存器，寄存器空闲状态复位为1 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_reg1 <= 1'b1; else rx_reg1 <= rx; //rx_reg2:第二级寄存器，寄存器空闲状态复位为1 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_reg2 <= 1'b1; else rx_reg2 <= rx_reg1; //rx_reg3:第三级寄存器和第二级寄存器共同构成下降沿检测 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_reg3 <= 1'b1; else rx_reg3 <= rx_reg2; //start_nedge:检测到下降沿时start_nedge产生一个时钟的高电平 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) start_nedge <= 1'b0; else if((~rx_reg2) && (rx_reg3)) start_nedge <= 1'b1; else start_nedge <= 1'b0; //work_en:接收数据工作使能信号 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) work_en <= 1'b0; else if(start_nedge == 1'b1) work_en <= 1'b1; else if((bit_cnt == 4'd8) && (bit_flag == 1'b1)) work_en <= 1'b0; //baud_cnt:波特率计数器计数，从0计数到BAUD_CNT_MAX - 1 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) baud_cnt <= 13'b0; else if((baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1) || (work_en == 1'b0)) baud_cnt <= 13'b0; else if(work_en == 1'b1) baud_cnt <= baud_cnt + 1'b1; //bit_flag:当baud_cnt计数器计数到中间数时采样的数据最稳定， //此时拉高一个标志信号表示数据可以被取走 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_flag <= 1'b0; else if(baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1) bit_flag <= 1'b1; else bit_flag <= 1'b0; //bit_cnt:有效数据个数计数器，当8个有效数据（不含起始位和停止位） //都接收完成后计数器清零 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_cnt <= 4'b0; else if((bit_cnt == 4'd8) && (bit_flag == 1'b1)) bit_cnt <= 4'b0; else if(bit_flag ==1'b1) bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1; //rx_data:输入数据进行移位 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_data <= 8'b0; else if((bit_cnt >= 4'd1)&&(bit_cnt <= 4'd8)&&(bit_flag == 1'b1)) rx_data <= {rx_reg3, rx_data[7:1]}; //rx_flag:输入数据移位完成时rx_flag拉高一个时钟的高电平 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) rx_flag <= 1'b0; else if((bit_cnt == 4'd8) && (bit_flag == 1'b1)) rx_flag <= 1'b1; else rx_flag <= 1'b0; //po_data:输出完整的8位有效数据 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) po_data <= 8'b0; else if(rx_flag == 1'b1) po_data <= rx_data; //po_flag:输出数据有效标志（比rx_flag延后一个时钟周期，为了和po_data同步） always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) po_flag <= 1'b0; else po_flag <= rx_flag; endmodule- 1
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uart_tx
`timescale 1ns/1ns module uart_tx #( parameter UART_BPS = 'd9600, //串口波特率 parameter CLK_FREQ = 'd50_000_000 //时钟频率 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50Mhz input wire sys_rst_n , //全局复位 input wire [7:0] pi_data , //并行数据 input wire pi_flag , //并行数据有效标志信号 output reg work_en , //发送使能，高有效 output reg tx //串口发送数据 ); //localparam define localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS ; //reg define reg [12:0] baud_cnt ; reg bit_flag ; reg [3:0] bit_cnt ; //work_en:接收数据工作使能信号 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) work_en <= 1'b0; else if(pi_flag == 1'b1) work_en <= 1'b1; else if((bit_flag == 1'b1) && (bit_cnt == 4'd9)) work_en <= 1'b0; //baud_cnt:波特率计数器计数，从0计数到5207 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) baud_cnt <= 13'b0; else if((baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1) || (work_en == 1'b0)) baud_cnt <= 13'b0; else if(work_en == 1'b1) baud_cnt <= baud_cnt + 1'b1; //bit_flag:当baud_cnt计数器计数到1时让bit_flag拉高一个时钟的高电平 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_flag <= 1'b0; else if( /* baud_cnt == 13'd1 */baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1 ) bit_flag <= 1'b1; else bit_flag <= 1'b0; //bit_cnt:数据位数个数计数，10个有效数据（含起始位和停止位）到来后计数器清零 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) bit_cnt <= 4'b0; else if((bit_flag == 1'b1) && (bit_cnt == 4'd9)) bit_cnt <= 4'b0; else if((bit_flag == 1'b1) && (work_en == 1'b1)) bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1; //tx:输出数据在满足rs232协议（起始位为0，停止位为1）的情况下一位一位输出 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) tx <= 1'b1; //空闲状态时为高电平 else if(/* bit_flag == 1'b1 */work_en == 1'b1) case(bit_cnt) 0 : tx <= 1'b0; 1 : tx <= pi_data[0]; 2 : tx <= pi_data[1]; 3 : tx <= pi_data[2]; 4 : tx <= pi_data[3]; 5 : tx <= pi_data[4]; 6 : tx <= pi_data[5]; 7 : tx <= pi_data[6]; 8 : tx <= pi_data[7]; 9 : tx <= 1'b1; default : tx <= 1'b1; endcase endmodule- 1
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rs485
`timescale 1ns/1ns module rs485 ( input wire sys_clk , //系统时钟，50MHz input wire sys_rst_n , //复位信号，低有效 input wire rx , //串口接收数据 input wire [1:0] key , //两个按键 output wire work_en , //发送使能，高有效 output wire tx , //串口接收数据 output wire [3:0] led //led灯 ); //parameter define parameter UART_BPS = 14'd9600; //比特率 parameter CLK_FREQ = 26'd50_000_000; //时钟频率 //wire define wire [7:0] po_data ; //接收数据 wire [7:0] pi_data ; //发送数据 wire pi_flag ; //发送标志信号 wire water_key_flag ; //流水灯按键有效信号 wire breath_key_flag ; //呼吸灯按键有效信号 wire [3:0] led_out_w ; //流水灯 wire led_out_b ; //呼吸灯 //--------------------uart_rx_inst------------------------ uart_rx #( .UART_BPS (UART_BPS ), //串口波特率 .CLK_FREQ (CLK_FREQ ) //时钟频率 ) uart_rx_inst( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位 .rx (rx ), //串口接收数据 .po_data (po_data ), //串转并后的8bit数据 .po_flag ( ) //接收数据完成标志信号没用到可不接 ); //--------------------uart_tx_inst------------------------ uart_tx #( .UART_BPS (UART_BPS ), //串口波特率 .CLK_FREQ (CLK_FREQ ) //时钟频率 ) uart_tx_inst( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位 .pi_data (pi_data ), //并行数据 .pi_flag (pi_flag ), //并行数据有效标志信号 .work_en (work_en ), //发送使能，高有效 .tx (tx ) //串口发送数据 ); //--------------------key_filter_inst------------------------ //两个按键信号例化两次 key_filter key_filter_w ( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位 .key_in (key[0] ), //按键输入信号 .key_flag (water_key_flag) //key_flag为1时表示消抖后按键有效 ); key_filter key_filter_b ( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位 .key_in (key[1] ), //按键输入信号 .key_flag (breath_key_flag) //key_flag为1时表示消抖后按键有效 ); //--------------------key_ctrl_inst------------------------ led_ctrl led_ctrl_inst ( .sys_clk (sys_clk ), //模块时钟，50MHz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号，低有效 .water_key_flag (water_key_flag ), //流水灯按键有效信号 .breath_key_flag (breath_key_flag), //呼吸灯按键有效信号 .led_out_w (led_out_w ), //流水灯 .led_out_b (led_out_b ), //呼吸灯 .po_data (po_data ), //接收数据 .pi_flag (pi_flag ), //发送标志信号 .pi_data (pi_data ), //发送数据 .led_out (led ) //输出led灯 ); //--------------------water_led_inst------------------------ water_led water_led_inst ( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mh .sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位 .led_out (led_out_w ) //输出控制led灯 ); //--------------------breath_led_inst------------------------ breath_led breath_led_inst ( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位 .led_out (led_out_b ) //输出信号，控制led灯 ); endmodule- 1
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tb_rs485
`timescale 1ns/1ns module tb_rs485(); //wire define wire rx1 ; wire work_en1 ; wire tx1 ; wire [3:0] led1 ; wire work_en2 ; wire tx2 ; wire [3:0] led2 ; //reg define reg sys_clk ; reg sys_rst_n ; reg [1:0] key1 ; reg [1:0] key2 ; //对sys_clk,sys_rst赋初值，并模拟按键抖动 initial begin sys_clk = 1'b1 ; sys_rst_n <= 1'b0 ; key1 <= 2'b11; key2 <= 2'b11; #200 sys_rst_n <= 1'b1 ; //按下流水灯按键 #2000000 key1[0] <= 1'b0;//按下按键 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #200 key1[0] <= 1'b1;//松开按键 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 //按下呼吸灯按键 #2000000 key1[1] <= 1'b0;//按下按键 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #200 key1[1] <= 1'b1;//松开按键 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 //按下呼吸灯按键 #2000000 key1[1] <= 1'b0;//按下按键 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #200 key1[1] <= 1'b1;//松开按键 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 //按下呼吸灯按键 #2000000 key1[1] <= 1'b0;//按下按键 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #200 key1[1] <= 1'b1;//松开按键 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动 //按下流水灯灯按键 #2000000 key1[0] <= 1'b0;//按下按键 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #200 key1[0] <= 1'b1;//松开按键 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 //按下流水灯灯按键 #2000000 key1[0] <= 1'b0;//按下按键 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #200 key1[0] <= 1'b1;//松开按键 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动 #20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动 end //sys_clk:模拟系统时钟，每10ns电平取反一次，周期为20ns，频率为50Mhz always #10 sys_clk = ~sys_clk; //重新定义参数值，缩短仿真时间仿真 //发送板参数 defparam rs485_inst1.key_filter_w.CNT_MAX = 5 ; defparam rs485_inst1.key_filter_b.CNT_MAX = 5 ; defparam rs485_inst1.uart_rx_inst.UART_BPS = 1000000; defparam rs485_inst1.uart_tx_inst.UART_BPS = 1000000; defparam rs485_inst1.water_led_inst.CNT_MAX = 4000 ; defparam rs485_inst1.breath_led_inst.CNT_1US_MAX = 4 ; defparam rs485_inst1.breath_led_inst.CNT_1MS_MAX = 9 ; defparam rs485_inst1.breath_led_inst.CNT_1S_MAX = 9 ; //接收板参数 defparam rs485_inst2.key_filter_w.CNT_MAX = 5 ; defparam rs485_inst2.key_filter_b.CNT_MAX = 5 ; defparam rs485_inst2.uart_rx_inst.UART_BPS = 1000000; defparam rs485_inst2.uart_tx_inst.UART_BPS = 1000000; defparam rs485_inst2.water_led_inst.CNT_MAX = 4000 ; defparam rs485_inst2.breath_led_inst.CNT_1US_MAX = 4 ; defparam rs485_inst2.breath_led_inst.CNT_1MS_MAX = 99 ; defparam rs485_inst2.breath_led_inst.CNT_1S_MAX = 99 ; //发送板 //-------------rs485_inst1------------- rs485 rs485_inst1 ( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟，50MHz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号，低有效 .rx (rx1 ), //串口接收数据 .key (key1 ), //两个按键 .work_en (work_en1 ), //发送使能，高有效 .tx (tx1 ), //串口发送数据 .led (led_tx1 ) //led灯 ); //接收板 //-------------rs485_inst2------------- rs485 rs485_inst2 ( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟，50MHz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号，低有效 .rx (tx1 ), //串口接收数据 .key (key2 ), //两个按键 .work_en (work_en2 ), //发送使能，高有效 .tx (tx2 ), //串口发送数据 .led (led_rx2 ) //led灯 ); endmodule- 1
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_39236499/article/details/127983475
