UART异步串口通信协议的VHDL实现解析

本文主要介绍了如何使用VHDL语言实现UART（通用异步接收发送器）的异步串口通信协议。UART是一种广泛使用的串行通信接口，它允许设备之间进行全双工通信，通常用于低速数据传输，如9600比特每秒（bps）。文中提到的实现是基于3.6864MHz的时钟频率。 UART的VHDL实现通常包括分频器（波特率发生器）和接收器（RXD）两个部分。分频器负责生成UART通信所需的波特率时钟，这里使用了一个名为`fredivn`的实体。该实体具有一个输入信号`clkin`，代表主时钟，以及一个输出信号`clkout`，表示波特率时钟。在给出的代码中，分频器通过一个计数器`count`来实现，当计数达到预设值（N-1）时复位，从而产生周期性的时钟脉冲。这里的`N`参数可以调整以改变波特率。 接收器部分（`rxd3`实体）则处理从串行输入`rx`接收的数据。它包含一个内部时钟`clk`，一个输入信号`rx`，一个缓冲信号`sig1`用于检测起始位，以及一个输出信号`q`，用于提供接收到的8位数据。接收器的工作原理是检测`rx`的电平变化，通过`sig1`识别起始位，然后使用内部计数器`sig2`和`sig3`跟踪数据位的接收，确保在正确的时间采样数据。`sig4`作为位移寄存器的使能信号，当它为1时，表示数据正在被移位，完成8位数据的接收后，`q`将输出完整的数据字节。 VHDL代码中，`std_logic_arith`和`std_logic_unsigned`库的使用允许对`std_logic_vector`类型的数值进行算术操作，这对于处理二进制数据很有帮助。`std_logic_1164`库包含了VHDL逻辑和时序元素的基本类型和包，是进行数字系统设计的必备库。 总结来说，该文讨论了如何用VHDL设计UART的异步串口通信协议，涉及到的关键点包括波特率生成、起始位检测、数据采样以及数据的并行输出。这样的实现对于理解和构建基于FPGA或ASIC的串行通信系统非常有帮助。