uart的verilog实现

UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）是一种常见的串口通信协议，其实现需要硬件电路和Verilog代码的配合。下面是一个简单的UART Verilog实现示例：

module uart(
    input clk, // 时钟信号
    input rst, // 复位信号
    input tx_en, // 发送使能信号
    input [7:0] tx_data, // 发送数据
    output [7:0] rx_data, // 接收数据
    output rx_rdy // 接收数据就绪信号
);

// 定义常量
parameter BAUD_RATE = 9600; // 波特率
parameter CLK_FREQ = 50000000; // 时钟频率
parameter BIT_TIME = CLK_FREQ / BAUD_RATE; // 一个比特时间

// 定义局部变量
reg [7:0] tx_data_reg; // 发送数据寄存器
reg [7:0] rx_data_reg; // 接收数据寄存器
reg [3:0] bit_cnt; // 比特计数器
reg tx_busy; // 发送忙标志
reg rx_busy; // 接收忙标志
reg rx_rdy_reg; // 接收数据就绪寄存器

// 发送状态机
reg [1:0] tx_state;
parameter IDLE = 2'b00;
parameter START = 2'b01;
parameter DATA = 2'b10;
parameter STOP = 2'b11;

// 接收状态机
reg [1:0] rx_state;
parameter RX_IDLE = 2'b00;
parameter RX_START = 2'b01;
parameter RX_DATA = 2'b10;
parameter RX_STOP = 2'b11;

// 发送状态机操作
always @(posedge clk or negedge rst) begin
    if (!rst) begin
        tx_state <= IDLE;
        tx_data_reg <= 8'b0;
        bit_cnt <= 4'b0;
        tx_busy <= 1'b0;
    end else begin
        case (tx_state)
            IDLE: begin
                if (tx_en & !tx_busy) begin
                    tx_busy <= 1'b1;
                    tx_data_reg <= tx_data;
                    bit_cnt <= 4'b0;
                    tx_state <= START;
                end
            end
            START: begin
                bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                if (bit_cnt == 4'd1) begin
                    tx_busy <= 1'b0;
                    tx_state <= DATA;
                end
            end
            DATA: begin
                bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                if (bit_cnt == 4'd9) begin
                    tx_state <= STOP;
                end else begin
                    tx_data_reg <= {tx_data_reg[6:0], tx_data_reg[7]};
                end
            end
            STOP: begin
                bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                if (bit_cnt == 4'd10) begin
                    tx_state <= IDLE;
                end
            end
        endcase
    end
end

// 接收状态机操作
always @(posedge clk or negedge rst) begin
    if (!rst) begin
        rx_state <= RX_IDLE;
        rx_data_reg <= 8'b0;
        bit_cnt <= 4'b0;
        rx_busy <= 1'b0;
        rx_rdy_reg <= 1'b0;
    end else begin
        case (rx_state)
            RX_IDLE: begin
                if (rx_busy) begin
                    bit_cnt <= 4'b0;
                    rx_state <= RX_START;
                end
            end
            RX_START: begin
                bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                if (bit_cnt == 4'd1) begin
                    rx_busy <= 1'b1;
                    rx_data_reg <= 8'b0;
                    rx_state <= RX_DATA;
                end
            end
            RX_DATA: begin
                bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                if (bit_cnt == 4'd9) begin
                    rx_state <= RX_STOP;
                end else begin
                    rx_data_reg <= {rx_data_reg[6:0], rx_rdy_reg};
                end
            end
            RX_STOP: begin
                bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                if (bit_cnt == 4'd10) begin
                    rx_busy <= 1'b0;
                    rx_rdy_reg <= 1'b1;
                    rx_state <= RX_IDLE;
                end
            end
        endcase
    end
end

// 输出和输入
assign rx_data = rx_data_reg;
assign rx_rdy = rx_rdy_reg;
assign tx_busy = (tx_state != IDLE);

endmodule

上述代码中，定义了一个带有时钟、复位、发送和接收信号的UART模块。其中，发送信号包括发送使能和发送数据，接收信号包括接收数据和接收数据就绪信号。该模块包含两个状态机，分别实现发送和接收功能。在时钟上升沿的时候，根据状态机的状态进行相应的操作，实现UART通信。