串口通信发送原理

1：串口通信模块设计的目的是用来发送数据的，因此需要有一个数据输入端口
2：串口通信，支持不同的波特率，所以需要一个波特率设置端口
3：串口通信的本质就是将8位并行数据通过一根信号线，在不同的时刻传输并行数据的不同位，通过多个时刻，最终将8位并行数据全部传出
4：串口通信以1位的低电平标志串行传输的开始，待8位数据传输完成之后，在1位的高电平标志传输的结束
5：控制信号，控制并转串模块什么时候开始工作；什么时候一个数据发送完成？须有一个发送开始信号，以及一个发送完成信号
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注：图中少了一个波特率设置端口

串口通信发送的Verilog设计与调试

1：波特率为300起对应的计算公式为1000 000 000/300=3 333 333ns
3 333 333ns/20=166 666次对应的是18位，所以一般有关波特率设置的端口设置的最大值为18位计数
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源代码


module uart_byte_tx(input [7:0]Data,input Send_en,input Clk,input Reset_n,input [2:0]Baud_set,output reg uart_tx,output reg Tx_done);//Baud_set=0  就让波特率=9600//Baud_set=1  就让波特率=19200//Baud_set=2  就让波特率=38400//Baud_set=3  就让波特率=57600//Baud_set=4  就让波特率=115200reg [17:0]bps_DR;always@(*)begincase(Baud_set)0:bps_DR=1000000000/9600/20;1:bps_DR=1000000000/19200/20;2:bps_DR=1000000000/38400/20;3:bps_DR=1000000000/57600/20;4:bps_DR=1000000000/115200/20;default:bps_DR=1000000000/9600/20;endcaseendwire bps_clk;assign bps_clk = (div_cnt == 1);reg [17:0]div_cnt;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)div_cnt<=0;else if(Send_en)beginif(div_cnt==bps_DR-1)div_cnt<=0;elsediv_cnt<=div_cnt+1'b1;endelsediv_cnt<=0;endreg [3:0]bps_cnt;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)bps_cnt<=0;else if(Send_en)beginif(bps_clk)beginif(bps_cnt==11)bps_cnt<=0;elsebps_cnt<=bps_cnt+1;endendelsebps_cnt<=1'b1;end//并串转换always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)beginuart_tx<=1'b0;Tx_done<=1'b0;endelse begincase(bps_cnt)1:begin uart_tx<=1'b0;Tx_done=1'b0;end2:uart_tx<=Data[0];3:uart_tx<=Data[1];4:uart_tx<=Data[2];5:uart_tx<=Data[3];6:uart_tx<=Data[4];7:uart_tx<=Data[5];8:uart_tx<=Data[6];9:uart_tx<=Data[7];10:uart_tx<=1'b1;11:begin uart_tx<=1'b1;Tx_done=1'b1; end default: uart_tx<=1'b1;endcaseendendendmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1ns
module uart_byte_tx_tb();reg [7:0]Data;reg Send_en;reg Clk;reg Reset_n;reg [2:0]Baud_set;wire uart_tx;wire Tx_done;uart_byte_tx uart_byte_tx(.Data(Data),.Send_en(Send_en),.Clk(Clk),.Reset_n(Reset_n),.Baud_set(Baud_set),.uart_tx(uart_tx),.Tx_done(Tx_done));initial Clk=0;always#10 Clk=!Clk;initial beginReset_n=0;Send_en=0;Data=0;Baud_set=4;#201;Reset_n=1;Data=8'h57;Send_en=1;#20;//下面的意思是一直在等待Tx_done变量，没有等到的话就不往下进行@(posedge Tx_done);Send_en=0;#20000;Data=8'h75;Send_en=1;#20;@(posedge Tx_done);Send_en=0;#20000;$stop;endendmodule

仿真截图
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收获：
1：在有多级if else的时候要记得加上begin end 否则可能造成识别不出来，导致结果错误~
2：在主代码中为了模拟实际电路中的赋值情况，可以设置#10代表延时时间，上面记得加`timescale 1ns/1ns，因为在下载到电路板上以及vivado识别的时候会自动略去这里的延时，但是这么写对实际电路仿真的时候却又非常有用

串口发送应用之发送数据

题目：使用上面的串口发送模块，设计一个数据发送器，每10ms以115200的波特率发送一个数据，每次发送的数据比前一个数据大一（计数器）
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uart_byte_tx代码


module uart_byte_tx(input [7:0]Data,input Send_Go,input Clk,input Reset_n,input [2:0]Baud_set,output reg uart_tx,output reg Tx_done);reg Send_en;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)Send_en<=0;else if(Send_Go)Send_en<=1;else if(Tx_done)Send_en <= 0;endreg [7:0]r_Data;always@(posedge Clk)beginif(Send_Go)r_Data<=Data;elser_Data<=r_Data;end//Baud_set=0  就让波特率=9600//Baud_set=1  就让波特率=19200//Baud_set=2  就让波特率=38400//Baud_set=3  就让波特率=57600//Baud_set=4  就让波特率=115200reg [17:0]bps_DR;always@(*)begincase(Baud_set)0:bps_DR=1000000000/9600/20;1:bps_DR=1000000000/19200/20;2:bps_DR=1000000000/38400/20;3:bps_DR=1000000000/57600/20;4:bps_DR=1000000000/115200/20;default:bps_DR=1000000000/9600/20;endcaseendwire bps_clk;assign bps_clk = (div_cnt == 1);reg [17:0]div_cnt;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)div_cnt<=0;else if(Send_en)beginif(div_cnt==bps_DR-1)div_cnt<=0;elsediv_cnt<=div_cnt+1'b1;endelsediv_cnt<=0;endreg [3:0]bps_cnt;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)bps_cnt<=0;else if(Send_en)beginif(bps_clk)beginif(bps_cnt==11)bps_cnt<=0;elsebps_cnt<=bps_cnt+1;endendelsebps_cnt<=1'b0;end//并串转换always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)beginuart_tx<=1'b0;endelse begincase(bps_cnt)1:uart_tx<=1'b0;2:uart_tx<=r_Data[0];3:uart_tx<=r_Data[1];4:uart_tx<=r_Data[2];5:uart_tx<=r_Data[3];6:uart_tx<=r_Data[4];7:uart_tx<=r_Data[5];8:uart_tx<=r_Data[6];9:uart_tx<=r_Data[7];10:uart_tx<=1'b1;11: uart_tx<=1'b1;default: uart_tx<=1'b1;endcaseendendalways@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)Tx_done<=1'b0;else if((bps_cnt==10)&&(bps_clk==1))Tx_done<=1'b1;else Tx_done<=1'b0;end
endmodule

uart_tx_test代码顶层模块


module uart_tx_test(input Clk,input Reset_n,output uart_tx);reg [7:0]Data;reg Send_Go;wire Tx_done;uart_byte_tx uart_byte_tx(.Data(Data),.Send_Go(Send_Go),.Clk(Clk),.Reset_n(Reset_n),.Baud_set(3'd4),.uart_tx(uart_tx),.Tx_done(Tx_done));//首先计时10msreg [18:0] cnt;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)cnt<=0;else if(cnt==499999)cnt<=0;elsecnt<=cnt+1'b1;end//接着设计何时Send_Go开始发送数据always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)Send_Go<=0;else if(cnt==1)Send_Go<=1;//这里需要注意本来的Send_en是一段时间的信号，比较长，但是Send_Go属于脉冲信号就一下else Send_Go<=0;end//接着设计数据变化always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)Data<=0;else if(Tx_done)Data<=Data+1;endendmodule

uart_tx_test_tb测试文件

`timescale 1ns / 1ns
module uart_tx_test_tb();reg Clk;reg Reset_n;wire uart_tx;
uart_tx_test uart_tx_test(.Clk(Clk),.Reset_n(Reset_n),.uart_tx(uart_tx));initial Clk=0;always #10 Clk=!Clk;initial begin Reset_n=0;#201;Reset_n=1;#50000000;$stop;endendmodule

仿真截图
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收获
1：对于一些很重要的控制信号最好单独拿出来写，参杂在一些其他功能中很可能会产生其他的影响，例如Tx_done
2：Go一般是单脉冲信号，en是电平信号

串口发送应用之采用状态机实现多字节数据发送

有些人会了8位的串口传送数据但是总会有一些问题例如，
1.ADC，采样的结果是12位的，怎么使用串口发送
2.16位的数据，怎样通过串口发送
3.有多个字节的数据通过串口发送
不能直接将8位改成12位、16位，因为UART规定了，发送的数据位只能有6、7、8位所以应该把大于8位的字节分成多个字节进行发送

三种情况：
1：没有开始发送（上一次的已经发送完成，新的40位数据的发送请求没有出现）
2：来了发送40位数据的请求信号
3：依次发送数据的状态

第一个状态：第一种情况的时候，咱干什么事情？等待传输请求（Trans_Go）的到来，Data40[7:0]给到uart_byte_tx的Data，并同时产生Send_Go信号，启动第一个字节的发送
接着应该等待，等待Tx_Done信号的到来
40位数据是否发完了？发完了，回到第一个状态继续等Trans_Go，没发完，启动下一个8位数据的发送

源代码：

//该模块完成的功能是采用状态机实现多字节数据发送
module uart_tx_data(input Clk,input Reset_n,input [39:0]Data40,input Trans_Go,//表示合适开始发送数据，即传输请求output reg Trans_Down,//表示一次40位的数据传输完成output  uart_tx);reg [7:0]Data;reg Send_Go;wire Tx_done;uart_byte_tx uart_byte_tx(.Data(Data),.Send_Go(Send_Go),.Clk(Clk),.Reset_n(Reset_n),.Baud_set(3'h4),.uart_tx(uart_tx),.Tx_done(Tx_done));reg [2:0]state;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)beginstate<=0;Data<=0;Send_Go<=0;Trans_Down<=0;end//下面部分也可以用case语句实现，记得加default~else if(state==0)beginTrans_Down<=0;if(Trans_Go)beginData<=Data40[7:0];state<=1;Send_Go<=1;endelse beginData<=Data;state<=0;Send_Go<=0;endendelse if(state==1)beginif(Tx_done)beginData<=Data40[15:8];state<=2;Send_Go<=1;endelse beginData<=Data;state<=1;Send_Go<=0;endendelse if(state==2)beginif(Tx_done)beginData<=Data40[23:16];state<=3;Send_Go<=1;endelse beginData<=Data;state<=2;Send_Go<=0;endendelse if(state==3)beginif(Tx_done)beginData<=Data40[31:24];state<=4;Send_Go<=1;endelse beginData<=Data;state<=3;Send_Go<=0;endendelse if(state==4)beginif(Tx_done)beginData<=Data40[39:32];state<=5;Send_Go<=1;endelse beginData<=Data;state<=4;Send_Go<=0;endend        else if(state==5)beginif(Tx_done)beginstate<=0;Trans_Down<=1;Send_Go<=0;endelse beginData<=Data;state<=5;Send_Go<=0;endend                               endendmodule

测试文件：

`timescale 1ns / 1nsmodule uart_tx_data_tb();reg Clk;reg Reset_n;reg [39:0]Data40;reg Trans_Go;wire Trans_Down;wire uart_tx;uart_tx_data uart_tx_data(Clk,Reset_n,Data40,Trans_Go,//表示合适开始发送数据，即传输请求Trans_Down,//表示一次40位的数据传输完成uart_tx);initial Clk=0;always #10 Clk=!Clk;initial beginReset_n=0;Data40=0;Trans_Go=0;#201Reset_n=1;#201Data40=40'h123456789a;Trans_Go=1;@(posedge Trans_Down);Trans_Go=0;#201Data40=40'ha987654321;Trans_Go=1;@(posedge Trans_Down);#200000$stop;end
endmodule

仿真截图：
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任务：
1：优化状态机，实现只要2个或3个状态实现发送的功能，并易于修改为发送任意个字节的数据（加个计数器进行二级验证~）
2：思考不使用状态机实现的方法

任务一代码（已进行仿真）

//该模块完成的功能是采用状态机实现多字节数据发送
module uart_tx_data2(input Clk,input Reset_n,input [39:0]Data40,input Trans_Go,//表示合适开始发送数据，即传输请求output reg Trans_Down,//表示一次40位的数据传输完成output  uart_tx);reg [7:0]Data;reg Send_Go;wire Tx_done;uart_byte_tx uart_byte_tx(.Data(Data),.Send_Go(Send_Go),.Clk(Clk),.Reset_n(Reset_n),.Baud_set(3'h4),.uart_tx(uart_tx),.Tx_done(Tx_done));reg [2:0]state;//用来记录当前发送到第几个字节了reg [2:0]cnt;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)begincnt<=0;end else if(Tx_done) beginif(cnt==4)cnt<=0;elsecnt<=cnt+1;endendalways@(posedge Clk or negedge Reset_n)beginif(!Reset_n)beginstate<=0;Data<=0;Send_Go<=0;Trans_Down<=0;end//下面部分也可以用case语句实现，记得加default~else if(state==0)beginTrans_Down<=0;if(Trans_Go)beginTrans_Down<=0;if(Tx_done)begincase(cnt)0:begin Data<=Data40[7:0]; state<=0;end 1:begin Data<=Data40[15:8];state<=0;end2:begin Data<=Data40[23:16];state<=0;end3:begin Data<=Data40[31:24];state<=0;end4:begin Data<=Data40[39:32];state<=1;enddefault:Data<=Data;endcaseSend_Go<=1;endelse beginData<=Data;state<=0;Send_Go<=0;endendend      else if(state==1)beginif(Tx_done)beginstate<=0;Trans_Down<=1;Send_Go<=0;endelse beginData<=Data;state<=1;Send_Go<=0;endend                               endendmodule