uart的verilog实现

UART（通用异步收发器）是一种串行通信协议，常用于微控制器和外设之间的通信。以下是一个简单的 UART 的 Verilog 实现：

module uart (
    input clk, // 系统时钟
    input reset, // 复位信号
    input tx_en, // 传输使能
    input [7:0] tx_data, // 传输数据
    output reg tx_busy, // 传输忙标志
    output reg tx_done, // 传输完成标志
    output reg [7:0] rx_data, // 接收数据
    output reg rx_done // 接收完成标志
);

reg [3:0] state; // 状态机状态
reg [7:0] tx_reg; // 传输寄存器
reg [7:0] rx_reg; // 接收寄存器
reg rx_start; // 接收起始标志
reg rx_busy; // 接收忙标志
reg rx_parity; // 接收校验位
reg [2:0] rx_cnt; // 接收计数器

parameter IDLE = 0;
parameter START = 1;
parameter DATA = 2;
parameter PARITY = 3;
parameter STOP = 4;

always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        state <= IDLE;
        tx_busy <= 0;
        tx_done <= 0;
        rx_done <= 0;
        rx_cnt <= 0;
    end else begin
        case (state)
            IDLE: begin
                if (tx_en) begin
                    tx_reg <= tx_data;
                    tx_busy <= 1;
                    state <= START;
                end else if (rx_start) begin
                    rx_busy <= 1;
                    rx_parity <= 0;
                    rx_cnt <= 0;
                    state <= DATA;
                end
            end

            START: begin
                tx_done <= 0;
                $display("TX: %c", tx_reg);
                state <= DATA;
            end

            DATA: begin
                if (tx_busy) begin
                    $display("TX: %c", tx_reg);
                    tx_reg <= tx_reg >> 1;
                    if (!tx_reg[0]) begin
                        tx_busy <= 0;
                        tx_done <= 1;
                        state <= STOP;
                    end
                end else if (rx_busy) begin
                    rx_reg <= {rx_reg[6:0], rx_start};
                    rx_cnt <= rx_cnt + 1;
                    if (rx_cnt == 7) begin
                        rx_busy <= 0;
                        rx_done <= 1;
                        state <= PARITY;
                    end
                end
            end

            PARITY: begin
                rx_parity <= rx_reg[0] ^ rx_reg[1] ^ rx_reg[2] ^ rx_reg[3] ^ rx_reg[4] ^ rx_reg[5] ^ rx_reg[6];
                state <= STOP;
            end

            STOP: begin
                rx_start <= 0;
                rx_data <= rx_reg[6:0];
                rx_done <= 1;
                state <= IDLE;
            end
        endcase
    end
end

always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        rx_start <= 0;
    end else begin
        rx_start <= !rx_busy && !rx_start && !rx_done && !tx_busy && !tx_en && !rx_parity && (rx_data == 8'hFF);
    end
end

endmodule

这个例子实现了一个简单的 8 位 UART，支持 1 个停止位和无奇偶校验。当传输使能 tx_en 为 1 时，它会将 tx_data 传输到串行线路上，并且在传输完成时将 tx_done 置为 1。当接收到启动位时，它会开始接收数据并在接收完成时将 rx_done 置为 1，并将接收到的数据存储在 rx_data 中。注意到这个 UART 实现使用了一个简单的状态机来控制传输和接收流程。