UART VHDL实现与仿真代码

"UART VHDL程序的实现及仿真，包括顶层模块、接收器、传输器和波特率发生器的VHDL代码结构" 在数字系统设计中，UART（通用异步接收/发送器）是一种常用的串行通信接口，用于设备间的串行数据传输。在给定的信息中，我们可以看到一个使用VHDL实现UART的完整流程，包括四个主要组件：顶层模块（top）、接收器（receiver）、传输器（transfer）和波特率发生器（baud）。下面将详细解释这些组件及其功能。 1. **顶层程序（top.vhd）** 顶层程序是整个设计的封装，它连接所有子模块并定义系统的外部接口。在这个例子中，`top`实体有以下输入和输出： - `clk32mhz`: 时钟输入，通常为32MHz，用于驱动整个系统。 - `reset`: 复位信号，用于初始化系统状态。 - `rxd`: 串行接收数据输入。 - `xmit_cmd_p_in`: 发送命令脉冲输入。 - `rec_ready`, `txd_out`, `txd_done_out`: 用于指示接收准备就绪、串行数据输出和发送完成的状态信号。 - `txdbuf_in`: 待发送的数据输入，8位宽。 - `rec_buf`: 接收到的数据缓冲，8位宽。 2. **接收器（receiver）** 接收器模块负责从串行输入`rxd`接收数据，并将其转换为并行形式存储在`rec_buf`中。它还需要处理帧同步和数据校验。在这个设计中，接收器有以下接口： - `bclkr`: 波特率时钟反相信号，由波特率发生器提供。 - `resetr`: 接收器的复位信号。 - `rxdr`: 串行数据输入。 - `r_ready`: 输出信号，表示接收器已准备好接收新的数据。 - `rbuf`: 并行接收数据输出。 3. **传输器（transfer）** 传输器模块将并行数据`txdbuf`转换为串行`txd`输出，并通过`txd_done_out`指示发送完成。其接口包括： - `bclkt`: 波特率时钟信号，同样由波特率发生器生成。 - `resett`: 传输器的复位信号。 - `xmit_cmd_p`: 发送命令脉冲输入，触发数据传输。 - `txdbuf`: 待发送的并行数据。 - `txd`: 串行数据输出。 - `txd_done`: 发送完成标志。 4. **波特率发生器（baud）** 波特率发生器生成特定频率的时钟信号，用于控制数据的发送和接收速率。在这个设计中，它接收主时钟`clk32mhz`和复位信号`resetb`，然后输出波特率时钟`bclk`。 在VHDL中，每个组件都是一个独立的实体，它们通过结构体（architecture）定义行为。在`Behavioral`架构中，这些组件被实例化并连接，通过信号（signal）传递信息。这个设计中的信号`b`是波特率发生器和接收器之间的连接，用于同步数据传输。 仿真在这个设计中也是非常关键的一部分，它验证了UART的各个组件是否按预期工作，包括数据的正确接收和发送、波特率的正确生成以及系统在各种条件下的响应。通过仿真，设计师可以调试和优化设计，确保其在实际硬件上的表现。 这个UART VHDL程序展示了如何在FPGA或ASIC设计中实现串行通信接口，涵盖了从底层的时序控制到高层的数据处理。通过理解这些组件的工作原理，开发者可以灵活地应用于其他项目，进行定制和扩展。