用verilogHDL实现串口读写的原理

在 Verilog HDL 中实现串口读写，需要涉及到串口通信协议、FIFO 缓冲区、时序控制等多个方面。下面是一个简单的串口读写的 Verilog HDL 实现示例，仅供参考：

// 串口读写模块
module uart_tx_rx(clk, reset, data_in, data_out, tx, rx);

  parameter BAUD_RATE = 9600; // 波特率
  parameter CLK_FREQ = 50000000; // 时钟频率
  parameter DATA_BITS = 8; // 数据位数
  parameter STOP_BITS = 1; // 停止位数

  input clk; // 时钟信号
  input reset; // 复位信号
  input [DATA_BITS-1:0] data_in; // 输入数据
  output [DATA_BITS-1:0] data_out; // 输出数据
  output tx; // 发送端口
  input rx; // 接收端口

  reg [DATA_BITS:0] tx_data; // 发送缓冲区
  reg [DATA_BITS:0] rx_data; // 接收缓冲区
  reg [3:0] tx_state; // 发送状态机
  reg [3:0] rx_state; // 接收状态机
  reg [5:0] bit_count; // 位计数器
  reg [7:0] baud_count; // 波特率计数器
  reg [DATA_BITS-1:0] tx_shift_reg; // 发送移位寄存器
  reg [DATA_BITS-1:0] rx_shift_reg; // 接收移位寄存器

  // 发送状态机
  always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
      tx_state <= 4'b0000;
    end else begin
      case (tx_state)
        4'b0000: begin // 空闲状态
          if (tx) begin
            tx_data <= {1'b0, data_in, 1'b1}; // 添加起始位和停止位
            tx_shift_reg <= tx_data;
            tx_state <= 4'b0001; // 发送起始位
            bit_count <= 0;
          end
        end
        4'b0001: begin // 发送起始位
          tx <= 0; // 发送低电平起始位
          baud_count <= CLK_FREQ / BAUD_RATE / 2;
          tx_state <= 4'b0010; // 发送数据位
        end
        4'b0010: begin // 发送数据位
          if (baud_count == 0) begin
            baud_count <= CLK_FREQ / BAUD_RATE / 2;
            tx <= tx_shift_reg[0];
            tx_shift_reg <= {1'b0, tx_shift_reg[DATA_BITS-1:1]};
            bit_count <= bit_count + 1;
            if (bit_count == DATA_BITS) begin // 发送完所有数据位
              tx_state <= 4'b0011; // 发送停止位
              bit_count <= 0;
            end
          end else begin
            baud_count <= baud_count - 1;
          end
        end
        4'b0011: begin // 发送停止位
          if (baud_count == 0) begin
            baud_count <= CLK_FREQ / BAUD_RATE / 2;
            tx <= 1; // 发送高电平停止位
            tx_state <= 4'b0000; // 返回空闲状态
          end else begin
            baud_count <= baud_count - 1;
          end
        end
      endcase
    end
  end

  // 接收状态机
  always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
      rx_state <= 4'b0000;
      rx_shift_reg <= 0;
    end else begin
      case (rx_state)
        4'b0000: begin // 空闲状态
          if (!rx) begin // 接收到起始位
            // 重置接收缓冲区和位计数器
            rx_data <= 0;
            bit_count <= 0;
            rx_state <= 4'b0001; // 开始接收数据位
          end
        end
        4'b0001: begin // 接收数据位
          if (baud_count == 0) begin
            baud_count <= CLK_FREQ / BAUD_RATE / 2;
            rx_shift_reg <= {rx, rx_shift_reg[DATA_BITS-1:1]}; // 将数据位存入移位寄存器
            bit_count <= bit_count + 1;
            if (bit_count == DATA_BITS) begin // 接收完所有数据位
              rx_data <= rx_shift_reg[DATA_BITS-1:0]; // 将接收到的数据存入接收缓冲区
              rx_state <= 4'b0010; // 开始接收停止位
              bit_count <= 0;
            end
          end else begin
            baud_count <= baud_count - 1;
          end
        end
        4'b0010: begin // 接收停止位
          if (baud_count == 0) begin
            baud_count <= CLK_FREQ / BAUD_RATE / 2;
            if (rx) begin // 判断停止位是否为高电平
              data_out <= rx_data; // 将接收到的数据输出
            end
            rx_state <= 4'b0000; // 返回空闲状态
          end else begin
            baud_count <= baud_count - 1;
          end
        end
      endcase
    end
  end
endmodule

以上是一个基于状态机的串口读写模块，它包含了波特率、数据位数、停止位数等参数，并实现了发送缓冲区、接收缓冲区、位计数器、发送移位寄存器、接收移位寄存器等功能。它通过时钟信号和复位信号进行控制，实现了串行数据的读写操作。