uart控制模块的verilog实现

以下是一个简单的UART控制模块的Verilog实现，用于串行通信。

module uart_control(
    input clk,
    input reset,
    input tx_start,
    input [7:0] tx_data,
    output tx_busy,
    output tx_done,
    input rx_start,
    output [7:0] rx_data,
    output rx_done
);

parameter BAUD_RATE = 9600;  // 波特率

reg [3:0] tx_state = 4'b0000;  // 发送状态机状态
reg [3:0] rx_state = 4'b0000;  // 接收状态机状态
reg [7:0] tx_reg;  // 发送寄存器
reg [7:0] rx_reg;  // 接收寄存器
reg tx_busy;  // 发送忙
reg tx_done;  // 发送完成
reg rx_done;  // 接收完成
wire rx_valid = (rx_state == 4'b1111);  // 接收有效

// 波特率发生器，用于产生时钟和位时钟
reg [15:0] baud_counter = 16'b0000000000000000;
reg bit_counter;  // 位时钟

// 发送状态机
always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        tx_state <= 4'b0000;
        tx_busy <= 0;
        tx_done <= 0;
        tx_reg <= 8'b00000000;
    end else begin
        case (tx_state)
            4'b0000: begin  // 空闲状态
                if (tx_start) begin
                    tx_state <= 4'b0001;
                    tx_reg <= tx_data;
                    tx_busy <= 1;
                    tx_done <= 0;
                end
            end
            4'b0001: begin  // 启动位
                if (baud_counter == (BAUD_RATE / 2) - 1) begin
                    baud_counter <= 0;
                    tx_state <= 4'b0010;
                end else begin
                    baud_counter <= baud_counter + 1;
                end
            end
            4'b0010: begin  // 数据位
                if (baud_counter == BAUD_RATE - 1) begin
                    baud_counter <= 0;
                    bit_counter <= bit_counter + 1;
                    tx_state <= (bit_counter == 8) ? 4'b0011 : 4'b0010;
                end else begin
                    baud_counter <= baud_counter + 1;
                end
            end
            4'b0011: begin  // 停止位
                if (baud_counter == BAUD_RATE - 1) begin
                    baud_counter <= 0;
                    tx_state <= 4'b0000;
                    tx_busy <= 0;
                    tx_done <= 1;
                end else begin
                    baud_counter <= baud_counter + 1;
                end
            end
        endcase
    end
end

// 接收状态机
always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        rx_state <= 4'b0000;
        rx_reg <= 8'b00000000;
        rx_done <= 0;
    end else begin
        case (rx_state)
            4'b0000: begin  // 空闲状态
                if (rx_start) begin
                    rx_state <= 4'b0001;
                    bit_counter <= 0;
                end
            end
            4'b0001: begin  // 启动位
                if (baud_counter == (BAUD_RATE / 2) - 1) begin
                    baud_counter <= 0;
                    rx_state <= 4'b0010;
                end else begin
                    baud_counter <= baud_counter + 1;
                end
            end
            4'b0010: begin  // 数据位
                if (baud_counter == BAUD_RATE - 1) begin
                    baud_counter <= 0;
                    rx_reg[bit_counter] <= rx_start;
                    bit_counter <= bit_counter + 1;
                    rx_state <= (bit_counter == 8) ? 4'b0011 : 4'b0010;
                end else begin
                    baud_counter <= baud_counter + 1;
                end
            end
            4'b0011: begin  // 停止位
                if (baud_counter == BAUD_RATE - 1) begin
                    baud_counter <= 0;
                    rx_state <= 4'b0000;
                    rx_done <= 1;
                end else begin
                    baud_counter <= baud_counter + 1;
                end
            end
        endcase
    end
end

// 位时钟
always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        bit_counter <= 0;
    end else begin
        if (tx_state == 4'b0010 || rx_state == 4'b0010) begin
            if (baud_counter == BAUD_RATE - 1) begin
                baud_counter <= 0;
                bit_counter <= bit_counter + 1;
            end else begin
                baud_counter <= baud_counter + 1;
            end
        end
    end
end

// 输出数据
assign tx_data = tx_reg;
assign rx_data = rx_reg;

// 输出状态
assign tx_busy = tx_busy;
assign tx_done = tx_done;
assign rx_done = rx_done;

endmodule

该模块实现了一个简单的UART控制器，用于串行通信。它包括一个发送状态机和一个接收状态机，通过波特率发生器产生时钟和位时钟，并使用寄存器存储发送和接收的数据。在发送数据时，它将数据转换为序列，并在发送完成后发出完成信号。在接收数据时，它将序列转换为数据，并在接收完成后发出完成信号。