VHDL实现UART异步串口通信协议详解

本文档主要探讨了如何使用VHDL语言实现UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）的异步串口通信协议。UART是一种常见的通信接口，用于在微控制器和其他设备之间进行串行数据传输，常用于工业控制、嵌入式系统和简单的通信链路中。 首先，文档引入了一个名为`fredivn`的实体，它负责生成一个分频器，其目的是根据给定的时钟频率（3.6864 MHz）调整数据传输速率，这里设置为9600 b/s。该实体的输入是时钟信号`clkin`，输出是分频后的时钟信号`clkout`。使用了VHDL库`width`，并定义了通用参数`GENERICN`，表示分频的次数，这里设定为6。 在`fredivn`的架构中，有一个计数器`count`，当接收到时钟上升沿时，根据计数值改变`clkout`的状态，从而实现异步通信的波特率调整。当计数器值小于设定的分频系数（N-1）时，计数加一；否则，计数归零。计数器值决定了输出时钟信号的低电平持续时间，进而控制数据的发送间隔。 接下来，文档引入了`rxd3`实体，这是一个接收端的VHDL设计，它处理RXD（Receive Data）信号。`rxd3`实体接收时钟信号`clk`和RXD信号`rx`，以及一个缓冲寄存器`sig1`用于暂存接收到的数据。通过`q`端口输出一个8位的接收数据，即RXDdata。 在`rxd3`的架构中，数据处理更为复杂。首先，信号`tmpreg8`用来暂存接收到的8位数据，`sig2`是一个16位计数器，用来计算RXD信号的时钟周期，确保正确的数据采样时机。`sig3`是一个9位计数器，可能用于进一步的数据处理或错误检测。最后，`sig4`是一个状态标志，用于指示数据传输的完成或者可能存在的错误。 总结来说，这篇文档详细展示了如何利用VHDL语言来设计和实现一个 UART 异步串口通信协议，包括数据分频、接收数据的捕捉和解析等关键步骤。这对于从事硬件开发、嵌入式系统设计以及VHDL编程的工程师来说，是一份实用的技术参考材料。