Verilog HDL 串口设计

根据提供的文件信息，本文将详细解析Verilog HDL 串口设计的相关知识点，特别是UART（通用异步收发传输）接口的设计实现。 ### Verilog HDL 与 UART 串口 #### Verilog HDL Verilog HDL (硬件描述语言) 是一种广泛应用于电子工程领域的编程语言，主要用于数字电路系统的描述、验证以及测试。通过Verilog HDL，工程师能够以高级语言的形式来描述硬件系统的行为，然后利用综合工具将这些描述转换为实际的电路设计。 #### UART 串口 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 是一种常用的异步通信协议标准，用于处理设备之间的串行数据交换。其特点是通信双方无需同步时钟，而是通过起始位、停止位和校验位来确保数据的正确传输。 ### 设计概述 在提供的Verilog HDL代码中，实现了一个基本的UART串口收发器，其中包括发送模块、接收模块以及波特率发生器等核心组件。下面将详细介绍这些组件的具体实现原理。 ### 模块分解 #### 1. 主模块（trans） 主模块是整个设计的核心，它负责连接各个子模块，并进行信号传递。 - **输入**： - `clk`：时钟信号，频率为50MHz。 - `rst`：复位信号。 - `en`：发送数据使能信号。 - `TxD_data`：待发送的数据（8位）。 - `Wsec`：波特率选择信号。 - `RxD`：接收数据输入端。 - **输出**： - `TxD`：发送数据输出端。 - `TxD_busy`：发送忙碌状态指示。 - `rcven`：接收完成状态指示。 - `RxD_data`：接收的数据（8位）。 - **内部信号**： - `Baud1`：低速波特率信号。 - `Baud8`：高速波特率信号。 - `addwire`：RAM地址信号。 - `data`：数据信号。 - `AD_t`：发送时的RAM地址信号。 - `AD_r`：接收时的RAM地址信号。 - `datawire`：数据总线信号。 #### 2. 发送模块（trans_t） 发送模块负责将数据转换为串行格式并发送出去。 - **输入**： - `clk_t`：时钟信号。 - `rst_t`：复位信号。 - `en_t`：发送使能信号。 - `BTI_t`：波特率信号。 - `TxD_data_t`：待发送的数据。 - **输出**： - `TxD_t`：发送信号。 - `TxD_busy_t`：发送忙碌状态指示。 - `recen`：接收完成状态指示。 - `addro_t`：发送数据时使用的RAM地址。 - **内部状态与逻辑**： - `state`：当前状态。 - `TxD_dataReg`：数据寄存器。 - `recen`：接收完成标志。 - 该模块通过状态机控制发送流程，包括起始位、数据位、校验位（如果有的话）和停止位的发送。 #### 3. 波特率发生器（BaudGtt2） 波特率发生器用于产生符合不同波特率要求的时钟信号。 - **输入**： - `clk_b`：时钟信号。 - `rst_b`：复位信号。 - `Wsec_b`：波特率选择信号。 - **输出**： - `BTO_b`：低速波特率输出。 - `BTO_R`：高速波特率输出。 - **功能**： - 根据不同的波特率选择信号，生成相应的波特率时钟信号。 #### 4. 接收模块（trans_rtt3） 接收模块负责接收串行数据并转换为并行数据。 - **输入**： - `clk_r`：时钟信号。 - `rst_r`：复位信号。 - `BTI_r`：波特率信号。 - `RxD_r`：接收信号。 - **输出**： - `RxD_data_r`：接收的数据。 - `wren_r`：写入使能信号。 - `AD_r`：接收数据时使用的RAM地址。 - `RxD_end`：接收完成标志。 - **功能**： - 根据波特率信号接收数据，并将其转换为并行格式存储在RAM中。 #### 5. RAM 模块（RAM0tt4） RAM模块用于存储发送和接收的数据。 - **输入**： - `address`：地址信号。 - `clock`：时钟信号。 - `data`：写入数据。 - `wren`：写入使能信号。 - **输出**： - `q`：读出数据。 - **功能**： - 根据地址信号和写入使能信号存储或读取数据。 ### 总结 以上详细介绍了基于Verilog HDL语言的UART串口设计的主要组成部分及其工作原理。这种设计不仅适用于教学和学习目的，对于实际项目开发也有很高的参考价值。通过理解这些模块的实现细节，可以更好地掌握UART串口的工作机制，并能够在实际应用中灵活地进行修改和扩展。