串口接收模塊——verilog實現

来源:https://www.cnblogs.com/Lclone/archive/2022/12/17/16988555.html
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1、設計想法 原理與之前的串口發送模塊一樣,1位的數據位和8位的數據位再加上1位的停止位。唯一不同的是在接收的時候要考慮到有干擾的情況下,為了避免干擾,我們對每位數據進行多次採樣,按出現概率大的值為該數據位的值。 如果按照通常想法在每bits位中間取值的話,bit3位出現圖中的干擾很有可能會讀出錯誤 ...


1、設計想法

原理與之前的串口發送模塊一樣,1位的數據位和8位的數據位再加上1位的停止位。唯一不同的是在接收的時候要考慮到有干擾的情況下,為了避免干擾,我們對每位數據進行多次採樣,按出現概率大的值為該數據位的值。
image
如果按照通常想法在每bits位中間取值的話,bit3位出現圖中的干擾很有可能會讀出錯誤的值。所以需要對每位進行多次抽樣進行判斷。
image

每位要抽8次的話,那需要將每個波特段分成9等分。

2、狀態機設定

image

3、模塊代碼

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: Lclone
// 
// Create Date: 2022/12/16 15:37:44
// Design Name: uart_byte_rx
// Module Name: uart_byte_rx
// Project Name: uart_byte_rx
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 8位串口發送模塊
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


module uart_byte_rx
  # (
        parameter   RX_BAUD  = 9600,				//波特率
        parameter   CLK_FQC  = 50_000_000,			//模塊時鐘頻率
        parameter   BAUD_CNT = CLK_FQC/RX_BAUD)			//模塊每波特需要計數的次數(設置此埠方便模擬用)
    (
        input               Clk,				//時鐘頻率介面
        input               Rst_n,				//複位介面
        input               Uart_rx,				//串口接收介面
        output  reg  [7:0]  Data				//接收到的數據介面
    );
    
    reg            uart_rx_r;					//延一拍
    reg            uart_rx_rr;					//延兩拍
    reg            receiv_begin;				//接收開始信號
    reg            receiv_flag;					//接收狀態信號
    reg   [ 3:0]   state;					//狀態機寄存器
    reg   [15:0]   baud_cnt;					//波及計數器
    reg   [ 3:0]   sampel_cnt;					//採樣計數器
    reg            sampel_en;					//採樣使能
    reg            sampel_ref;					//樣本寄存器
    reg   [ 3:0]   acc;						//累加寄存器
    reg   [ 3:0]   bit_cnt;					//數據位寄存器
    
    always @(posedge Clk) begin   //延兩拍為下降沿捕獲
        uart_rx_r <= Uart_rx;
        uart_rx_rr <= uart_rx_r;
    end
    
    always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin	//接收信號發生
        if(Rst_n == 0)
            receiv_begin <= 0;
        else if(state == 0 & uart_rx_rr & ~uart_rx_r)
            receiv_begin <= 1'b1;
        else
            receiv_begin <= 0;            
    end
    
    always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin	//狀態機
        if(Rst_n == 0) begin
            state <= 0;
            sampel_ref <= 8'b0;
            acc <= 8'b0;
            Data <= 8'b0;
        end
        else case(state)
            0: 		//空閑狀態
                if(receiv_begin == 1)
                    state <= 3'd1;
                else
                    state <= 0;
            
            1: begin	//抽樣狀態
                    if(sampel_en == 1) begin
                           sampel_ref <= Uart_rx;
                           state <= 3'd2;
                    end

                    else
                        state <= 3'b1;
               end   
                    
            2: begin	//數據判斷狀態

                    acc <= acc + sampel_ref;
                   
                    if(sampel_cnt == 7) begin
                        if(acc >= 4)
                            begin Data[7] <= 1'b1; state <= 3'd3;acc <= 8'b0; end
                        else
                            begin Data[7] <= 0; state <= 3'd3;acc <= 8'b0; end
                    end
                    
                    else
                        state <= 3'd1;
               end                            

            3: begin	//數據移位狀態
                    if(bit_cnt < 8) begin
                        Data <= Data >> 1;
                        state <= 3'd1; 
                    end
                    
                    else 
                        state <= 0;
            end
            
            default:;
       endcase
    end
    
    always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin	//接收進行標誌
        if(Rst_n == 0)
            receiv_flag <= 0;
        else if(receiv_begin == 1)
            receiv_flag <= 1'b1;
        else if(bit_cnt == 9 & baud_cnt == BAUD_CNT - 1)
            receiv_flag <= 1'b0;
    end
    
    always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin	//波特計數
        if(Rst_n == 0)     
            baud_cnt <= 0;
        else if(receiv_flag == 1) begin
            if(baud_cnt == BAUD_CNT - 1)
                baud_cnt <= 0;
            else
                baud_cnt <= baud_cnt + 1'b1;
            end
        else
            baud_cnt <= 0;      
    end
    
    always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin	//採樣計數
        if(Rst_n == 0) begin
            sampel_cnt <= 0;
            sampel_en <= 0;
        end
        else if(receiv_flag == 1) begin
            case(baud_cnt)
                BAUD_CNT/9*1-1 : begin sampel_cnt <= 0; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*2-1 : begin sampel_cnt <= 1; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*3-1 : begin sampel_cnt <= 2; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*4-1 : begin sampel_cnt <= 3; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*5-1 : begin sampel_cnt <= 4; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*6-1 : begin sampel_cnt <= 5; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*7-1 : begin sampel_cnt <= 6; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*8-1 : begin sampel_cnt <= 7; sampel_en <=1; end
                BAUD_CNT/9*9-1 : sampel_cnt <= 0;
                default:sampel_en <=0;
            endcase
        end
    end
    
    always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin	//數據位計數
        if(Rst_n == 0)
            bit_cnt <= 0;
        else if(bit_cnt == 9 & baud_cnt == BAUD_CNT - 1)
            bit_cnt <= 0;
        else if(baud_cnt == BAUD_CNT - 1)
            bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1;
    end
endmodule

4、模擬驗證

(1)模擬激勵文件

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2022/12/16 21:36:04
// Design Name: 
// Module Name: uart_byte_rx_tb
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

module uart_byte_rx_tb();
    
    reg        CLK_50M;
    reg        RST_N;
    wire [7:0] Data;    
    reg        Uart_rx;
    reg  [7:0] test_data;
    uart_byte_rx 
  # (
        .RX_BAUD   (9600),
        .CLK_FQC   (50_000_000),
        .BAUD_CNT  (50))
    uart_byte_rx_inst
    (
        .Clk        (CLK_50M),
        .Rst_n      (RST_N),
        .Uart_rx    (Uart_rx),
        .Data       (Data)
    );
    
    
    always #10 CLK_50M  <= ~CLK_50M;
    
    initial begin
    CLK_50M <= 1'b0;
    RST_N   <= 1'b0;
    Uart_rx <= 1'b1;
    test_data <= 8'h0;
    #100
    RST_N   <= 1'b1;
    #20
        test_data <= 8'haf;
        #1000
        Uart_rx <= 1'b0;
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[0];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[1];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[2];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[3];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[4];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[5];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[6];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[7];
        #1000             
        Uart_rx <= 1'b1;
     #1000
        test_data <= 8'h56;
        #1000
        Uart_rx <= 1'b0;
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[0];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[1];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[2];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[3];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[4];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[5];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[6];
        #1000             
        Uart_rx <= test_data[7];
        #1000             
        Uart_rx <= 1'b1;
    #1000
    $stop;
    end
    
    
endmodule

(2)模擬結果

image


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