13.基础实验（2）异步串口收发的实现

一、实验内容

实现串口接收来自串口调试助手发送的数据&＃xff0c;然后直接通过自己实现的串口程序将数据发送出去

二、系统框图

三、设计分析

从串口接收开始&＃xff0c;这个比较容易实现。参考链接串口通信协议

不考虑奇偶校验位&＃xff0c;一个字节的串口的发送过程&＃xff0c;包含1个低电平的起始位&＃xff0c;一个高电平的停止位&＃xff0c;中间8个数据位&＃xff0c;且数据位是从低位发送到高位。只要保证前一刻为高电平&＃xff0c;下一时刻为低电平&＃xff0c;则可以确定开始串口开始接收数据&＃xff0c;因为不发送数据时&＃xff0c;即空闲状态下相应的电平为高电平。

从起始位开始&＃xff0c;检测串口的数据的接收。延时一个半起始位的时间后&＃xff0c;检测第一个数据位的电平&＃xff0c;然后再延时一个数据位的时间&＃xff0c;检测第二数据位&＃xff0c;直到检测最后一个数据位&＃xff0c;这时便检测到了整个字节的数据&＃xff08;停止位不考虑&＃xff09;。具体可以使用下面的时序图实现。

一是控制标志位的时序图。

一个数据位占用的时钟周期数BAUD为时钟频率/波特率&＃xff0c;计数到半个计数单元HALF &＃61; 1/2 BAUD时&＃xff0c;half_baud_flag拉高一个时钟周期&＃xff0c;baud_flag则在计算到BAUD计数时拉高一个时钟周期。baud_flag和half_baud_flag分别作为读取数据位和数据位计数的重要标志。

二是uart_rx实现的时序图。

根据先前产生的baud_flag和half_baud_flag&＃xff0c;分别实现计数和数据移位读取&＃xff0c;当计数到8时&＃xff0c;数据清零。同时只要计数baud_cnt为1-8时读取数据位&＃xff0c;进行相应的移位&＃xff0c;从高位向低位移动。最后&＃xff0c;输出相应的结果。

uart_tx的时序图和uart_rx基本类似&＃xff0c;这里不再进行分析。

四、实验步骤

根据波形编写相关代码&＃xff0c;速度会非常快。将波特率和时钟频率作为参数&＃xff0c;可以随时进行修改。

五、实际波形仿真

接收端功能实现之后&＃xff0c;再实现发送端。

接收端功能调试

先使用modelsim进行仿真。从结果来看&＃xff0c;获得的数据是正确的。

再看看相关的计数&＃xff0c;也是正确的。

整体波形的设计也是正确的。

再使用signal tap II实际查看结果。看是否真的获得了正确的数据。

首先rx的下降沿表示数据的开始&＃xff0c;rx_cnt开始计数。

然后baud_cnt和baud_flag的产生。

最重要的是rx_data和rx_en的产生。

发现rx_en信号没有正确的产生。其实这部分在modelsim仿真时问题就出现&＃xff0c;只不过没有仔细地分析&＃xff0c;这是大忌。

发现代码有问题&＃xff0c;重新修改后&＃xff0c;查看编译效果。

如上图所示&＃xff0c;刚好和数据数据同步。

至此&＃xff0c;接收端功能实现成功。

发送端功能调试

直接使用signal tap ii查看结果。

发现串口并没有接收到正确的数据&＃xff0c;为什么呢。

查看波形查找问题。

发现tx开始数据时&＃xff0c;并不是从高电平到低电平的跳变。问题并不是出在这&＃xff0c;后面的时序中存在高电平到低电平的跳变也没有数据输出。

发现问题出在没有进行相关的引脚配置&＃xff0c;导致出现了问题。

整体联调

发现部分数据出现了错误。

再用ila抓取数据&＃xff0c;发现是接收端的问题。

主要是接收端的数据来自外部时钟&＃xff0c;存在时序违例&＃xff0c;需要打俩拍后&＃xff0c;才开始接收相关数据&＃xff0c;否则就会出现问题。

always &＃64;(posedge clk)
beginrx_r <&＃61; {rx_r[1:0], rx};
end


问题解决&＃xff0c;搞定了。

六、总结与讨论^*

1.外部时钟信号的输入时&＃xff0c;打俩拍解决时序违例的问题。这点需要牢记于心&＃xff0c;不能瞎搞。