在当今的电子系统中，需要板内、板间或下位机与上位机之间进行数据的发送与接收，需要双方共同遵循一定的通信协议来保证数据传输的正确性。常见的协议有UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器）、IIC（继承电路总线）、SPI（串行外围总线）、USB2.0/3.0（通用串行总线）以及Ethernet（以太网）等。最为基础的是UART。

UART在数据发送时将并行数据转换成串行数据来传输，在数据接收时将接收到的串行数据转换成并行数据，可以实现全双工传输和接收。UART是异步串行通信的总称。RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等，是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标准，他们规定了通信口的电器特性、传输速率、连接特性和接口的机械特性等内容。

在RS-232标准中，一个完整的字节包括一位起始位、8位数据位、一位停止位总共十位数据来算，要想完整的实现这十位数据的发送，需要11个波特率时钟脉冲，第1个脉冲标记一次传输的起始，第11个脉冲标记一次传输的结束。

 BPS_CLK信号的第一个上升沿到来时，字节发送模块开始发送起始位，接下来的2到9个上升沿，发送8个数据位，第10个上升沿到第11个上升沿为停止位的发送。

本节要学习UART通信的原理及硬件电路设计，使用FPGA实现UART通信中的数据发送部分设计。在仿真验证时除进行正常的功能仿真以外，使用ISSP进行板级验证，具体方法是：输入需要通过串口发送出去的数据，通过按下AC620开发板上的按键来控制FPGA将待发送的数据发送出去，在串口助手中查看PC端接收到的数据。

串口发送模块包含两个主要组件：发送波特率生成模块；数据发送模块。将BPS_CLK信号与对应位对应起来。
 

下图中的逻辑电路图相对应的代码，这个电路结构是有优先级的，若Send_En为1，就不会执行else if和else语句了。

（1）这个模块的设计是为了模块的复用性。当需要不同的波特率时，只需设置不同的波特率时钟计数器的计数值，使用查找表即可实现。

 

	reg [15:0]bps_DR;
	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		bps_DR <= 16'd5207;
	else begin
		case(baud_set)
			0:bps_DR <= 16'd5207;
			1:bps_DR <= 16'd2603;
			2:bps_DR <= 16'd1301;
			3:bps_DR <= 16'd867;
			4:bps_DR <= 16'd433;
			default:bps_DR <= 16'd5207;
		endcase
	end

 

 

（2）计数器模块，注意有个使能端

	reg [15:0]div_cnt;
	reg en_cnt;
	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		div_cnt <= 16'd0;
	else if(en_cnt)
		begin
			if(div_cnt == bps_DR)
				div_cnt <= 16'd0;
			else
				div_cnt <= div_cnt + 1'b1;
		end
	else
		div_cnt <= 16'd0;

（3）产生bps_clk

 

	reg bps_clk;
	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		bps_clk <= 1'b0;
	else if(div_cnt == 16'd1)
		bps_clk <= 1'b1;
	else
		bps_clk <= 1'b0

（4）计数到11

	reg [3:0]bps_cnt;
	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		bps_cnt <= 4'd0;
	else if(clr)
		bps_cnt <= 4'd0;
	else if(bps_clk)
		bps_cnt <= bps_cnt + 1'b1;
	else
		bps_cnt <= bps_cnt;

(4)tx_done信号的生成

	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		Tx_done <= 1'b0;
	else if(bps_cnt == 4'd11)
		Tx_done <= 1'b1;
	else
		Tx_done <= 1'b0;

（5）数据传输

//在发送数据的过程中，必须保证数据是稳定的
//一旦检测到发送使能信号，将待发送数据寄存起来，使用一个寄存器寄存daya_byte信号
	reg [7:0]r_data_byte;
	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		r_data_byte <= 8'd0;
	else if(Send_en)
		r_data_byte <= data_byte;
	else
		r_data_byte <= 8'd0
	
	localparam START_BITE = 1'b0;
	localparam STOP_BIT = 1'b1;
	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		Rs232_Tx <= 1'b1;
	else 
		begin
			case(bps_cnt)
				0:Rs232_Tx <= 1'b1;
				1:Rs232_Tx <= START_BITE;
				2:Rs232_Tx <= r_data_byte[0];
				3:Rs232_Tx <= r_data_byte[1];
				4:Rs232_Tx <= r_data_byte[2];
				5:Rs232_Tx <= r_data_byte[3];
				6:Rs232_Tx <= r_data_byte[4];
				7:Rs232_Tx <= r_data_byte[5];
				8:Rs232_Tx <= r_data_byte[6];
				9:Rs232_Tx <= r_data_byte[7];
				10:Rs232_Tx <= STOP_BIT;
				default: Rs232_Tx <= 1'b1;
			endcase
		end

（6）

	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
	if(!Rst_n)
		uart_state <= 1'b0;
	else if(send_en)
		uart_state <= 1'b1;
	else if(Tx_done)
		uart_state <= 1'b0;
	else
		uart_state <= uart_state;