【Z-turn Board试用体验】FPGA模拟串口接收模块

本帖最后由何立立于 2015-8-11 16:42 编辑

关于到串口接收，基本上就是“采样”的操作。当你明白“bps”的意义后，对于理解串口的接收，非常的简单。

Rx_module.v 是一个组合模块，主要是包含 detect_module.v , bps_module.v 和 rx_control_module.v，3个功能模块。
detect_module.v 的输入是连结物理引脚rx，它主要检测一帧数据的第0位，也就是起始位，然后产生一个高脉冲经 H2L_Sig 给 rx_control_module.v ，以表示一帧数据接收工作已经开始。
rx_bps_module.v 是产生波特率定时的功能模块。换一句话说，它是配置波特率的模块。
当rx_control_module.v拉高Count_Sig, bps_module.v经BPS_CLK对 rx_control_module.v 产生定时。

rx_control_module.v 是核心控制模块。针对串口的配置主要是1帧11位的数据，重视八位数据位，无视起始位，校验位和结束位。当RX_En_Sig 拉高，这个模块就开始工作，它将采集来自 RX_Pin_In 的数据，当完成一帧数据接收的时候，就会产生一个高脉冲给 RX_Done_Sig。
它到底是如何实现采集的呢？

如上图所示，数据采集都是在“每位数据的中间”进行着。在上图中 RX_Pin_In 输入一帧数据，当 detect_module.v 检测到低电平（起始位），rx_control_module.v 和 rx_bps_module.v 就产生定时（与RX_Pin_In的波特率是一致）。然而rx_bps_module.v 产生的定时是在每个位时间的中间。
在第0位数据，采取忽略的态度，然后接下来的8位数据位都被采集，最后校验位和停止位，却是采取了忽略的操作。有一点你必须好好注意，串口传输数据“从最低位开始，到最高位结束”。

module detect_module
(
CLK, RSTn,
RX_Pin_In,
H2L_Sig
);
input CLK;
input RSTn;
input RX_Pin_In;
output H2L_Sig;
/******************************/
reg H2L_F1;
reg H2L_F2;
always @ ( posedge CLK or negedge RSTn )
if( !RSTn )
begin
H2L_F1 <= 1'b1;
H2L_F2 <= 1'b1;
end
else
begin
H2L_F1 <= RX_Pin_In;
H2L_F2 <= H2L_F1;
end
/***************************************/
assign H2L_Sig = H2L_F2 & !H2L_F1;
/***************************************/
endmodule

detect_module.v 这个功能模块，读者也非常眼熟了吧，而该功能模块是为了检查电平由高变低。当检测到电平又高变低，在第31行就会输出高脉冲。

module rx_bps_module
(
CLK, RSTn,
Count_Sig,
BPS_CLK
);
input CLK;
input RSTn;
input Count_Sig;
output BPS_CLK;
/***************************/
reg [12:0]Count_BPS;
always @ ( posedge CLK or negedge RSTn )
if( !RSTn )
Count_BPS <= 13'd0;
else if( Count_BPS == 13'd1250 )
Count_BPS <= 13'd0;
else if( Count_Sig ) //Count_Sig为1时候启动计数
Count_BPS <= Count_BPS + 1'b1;
else
Count_BPS <= 13'd0;
/********************************/
assign BPS_CLK = ( Count_BPS == 13'd625) ? 1'b1 : 1'b0;
/*********************************/
endmodule

9600 bps 传输速度使一位数据的周期是 0.000104166666666667s 。以12Mhz时钟频率要得到上述的定时需要：N = 0.000104166666666667 / ( 1 / 12Mhz ) = 1250

module rx_control_module
(
CLK, RSTn,
H2L_Sig, RX_Pin_In, BPS_CLK, RX_En_Sig,
Count_Sig, RX_Data, RX_Done_Sig
);
input CLK;
input RSTn;
input H2L_Sig;
input RX_En_Sig;
input RX_Pin_In;
input BPS_CLK;
output Count_Sig;
output [7:0]RX_Data;
output RX_Done_Sig;
/********************************************************/
reg [3:0]i;
reg [7:0]rData;
reg isCount;
reg isDone;
always @ ( posedge CLK or negedge RSTn )
if( !RSTn )
begin
i <= 4'd0;
rData <= 8'd0;
isCount <= 1'b0;
isDone <= 1'b0;
end
else if( RX_En_Sig )
case ( i )
4'd0 :
if( H2L_Sig ) begin i <= i + 1'b1; isCount <= 1'b1; end//启动波特率定时模块
4'd1 :
if( BPS_CLK ) begin i <= i + 1'b1; end //起始位可以忽略
4'd2, 4'd3, 4'd4, 4'd5, 4'd6, 4'd7, 4'd8, 4'd9 :
if( BPS_CLK ) begin i <= i + 1'b1; rData[i - 2] <= RX_Pin_In; end//采集8位数据
4'd10 :
if( BPS_CLK ) begin i <= i + 1'b1; end//校验位
4'd11 :
if( BPS_CLK ) begin i <= i + 1'b1; end//停止位
4'd12 :
begin i <= i + 1'b1; isDone <= 1'b1; isCount <= 1'b0; end
4'd13 :
begin i <= 4'd0; isDone <= 1'b0; end
endcase
/********************************************************/
assign Count_Sig = isCount;
assign RX_Data = rData;
assign RX_Done_Sig = isDone;
/*********************************************************/
endmodule

RX_En_Sig 如果没有拉高，这个模块是不会工作，isCount 标志寄存器，为了使能 rx_bps_module.v 输出采集定时信号；当 rx_control_module.v 模块被使能，该模块就会处于就绪状态，一旦 detect_module.v 检查到由高变低的电平变化，会使步骤i进入第0位采集，然而 isCount 标志寄存器同时也会被设置为逻辑1， rx_bps_module.v 便会开始产生波特率的定时。
rx_bps_module.v 产生的定时是在“每位数据的中间，第一次的定时采集时第0位数据（起始位），保持忽略态度，定时采集的是八位数据位，每一位数据位会依低位到最高位储存入 rData 寄存器；

最后两位的定时采集（校验位，停留位），同时采取忽略的态度。当进入