串口通信控制器的Verilog HDL实现（三）发送模块的Verilog HDL 实现

瓜大三哥

发布于 2018-02-24 17:31:40

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由于波特率发生器产生的时钟信号bclk的频率为9600Hz的16倍，因此在发送器中，每16个bclk周期发送一个有效比特，发送数据格式严格按照图13-3所示的串口数据帧来完：首先是起始位（发送端口txd从逻辑1转化为逻辑0，并持续1/9600s），其次是8个有效数据比特（低位在前，高位在后），最后是一位停止位（没有添加校验位）。

整个发送模块的状态机包含5个状态：s_idle、s_start、s_wait、s_shift以及s_stop，其状态转移图如图13-6所示。

其中，s_idle为空闲状态，当复位信号有效或者发送任务已完成时，发送模块就处于s_idle状态，等待下一个发送指令（tx_cmd）的到来。在s_idle中，发送完成指示tx_ready为高电平，表明随时可以接收外部的发送指令。tx_cmd信号高有效，且持续时间为一个bclk信号的周期，其由顶层模块根据外部按键响应同步整形得到。当tx_cmd有效时，发送模块的下一状态为s_start。

s_start为发送模块的起始状态，拉低tx_ready信号，表明发送模块正处于工作中，并拉低发送比特线txd，给出起始位，然后跳转到s_wait状态。需要注意的是，s_start状态仅持续一个bclk周期，完成相关信号值的改变后，无条件进入s_wait状态。

s_wait为发送模块的等待状态，保持所有信号值不变。当发送模块处于这一状态时，等待计满16个bclk后，判断8个有效数据比特是否发送完毕，如果发送完毕跳转到s_stop，结束有效数据的发送；否则，跳转到s_shift状态，发送下一个有效比特。

s_shift为数据移位状态，发送模块在这一状态将下一个要发送的数据移动到发送端口上，然后直接跳转到s_wait状态。

s_stop状态完成停止位的发送，当有效数据发送完成后，发送模块进入该状态，发送一个停止位，发送完成后自动进入s_idle状态，并且将tx_ready信号拉高。在实际设计中，如果读者需要实现1.5位或者2位停止码，直接修改计数器的数值即可。

module uart_tx(
bclk,reset,tx_din,tx_cmd,tx_ready,txd
    );
 input bclk;
 input reset;
 input [7:0]tx_din;
 input tx_cmd;
 output tx_ready;
 output txd;
 reg tx_ready;
 parameter Lframe=8;
 parameter [2:0]s_idle=3'b000;
 parameter [2:0]s_start=3'b001;
 parameter [2:0]s_wait=3'b010;
 parameter [2:0]s_shift=3'b011;
 parameter [2:0]s_stop=3'b100;
 reg [2:0]state=s_idle;
 reg [3:0]cnt=0;
 reg [3:0]dcnt=0;
 reg txdt;
 assign txd=txdt;
 always @(posedge bclk or posedge reset)
 begin
if(reset)
begin
state<=s_idle;
cnt<=0;
tx_ready<=0;
txdt<=1'b1;
end
else
begin
case(state)
s_idle:
begin
tx_ready<=1;
cnt<=0;
txdt<=1'b1;
if(tx_cmd==1'b1)
state<=s_start;
else
state<=s_idle;
end
s_start:
begin
tx_ready<=1'b0;
txdt<=1'b0;//the start bit
state<=s_wait;
end
s_wait:
begin
tx_ready<=1'b0;
if(cnt>=4'b1110)
begin
cnt<=0;
if(dcnt==Lframe)
begin
state<=s_stop;
txdt<=1'b1;
dcnt<=0;
end
else
begin
state<=s_shift;
txdt<=txdt;
end
end
else
begin
state<=s_shift;
cnt<=cnt+1;
end
end
s_shift:
begin
tx_ready<=1'b0;
txdt<=tx_din[dcnt];
dcnt<=dcnt+1;
state<=s_wait;
end
s_stop:
begin
txdt<=1'b1;
if(cnt>4'b1110)
begin
tx_ready<=1'b1;
cnt<=0;
state<=s_idle;
end
else
begin
state<=s_stop;
cnt<=cnt+1;
end
end
endcase
end
 end
endmodule