uart.vhd

一个完整的用cpld实现串口功能的代码。经过验证

--
-- 本模块的功能是验证实现和PC机进行基本的串口通信的功能。需要在
--PC机上安装一个串口调试工具来验证程序的功能。
-- 程序实现了一个收发一帧10个bit（即无奇偶校验位）的串口控
--制器，10个bit是1位起始位，8个数据位，1个结束
--位。串口的波特律由程序中定义的div_par参数决定，更改该参数可以实
--现相应的波特率。程序当前设定的div_par 的值是0x104，对应的波特率是
--9600。用一个8倍波特率的时钟将发送或接受每一位bit的周期时间
--划分为8个时隙以使通信同步.
--程序的工作过程是：串口处于全双工工作状态，按动SW0，CPLD向PC发送“welcome"
--字符串（串口调试工具设成按ASCII码接受方式）；PC可随时向CPLD发送0-F的十六进制
--数据，CPLD接受后显示在7段数码管上。
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; 

ENTITY UART IS
   PORT (
      clk                     : IN std_logic;   
      rst                     : IN std_logic;   
      rxd                     : IN std_logic;   --串行数据接收端
      txd                     : OUT std_logic; --串行数据发送端  
      en                      : OUT std_logic; -- 数码管使能 
      seg_data                : OUT std_logic_vector(7 DOWNTO 0); --数码管数据  
      key_input               : IN std_logic  --按键输入
      ); 
END UART;

ARCHITECTURE arch OF UART IS


   --//////////////////inner reg////////////////////
   SIGNAL div_reg                  :  std_logic_vector(15 DOWNTO 0);--分频计数器，分频值由波特率决定。分频后得到频率8倍波特率的时钟   
   SIGNAL div8_tras_reg            :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0);--该寄存器的计数值对应发送时当前位于的时隙数   
   SIGNAL div8_rec_reg             :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0);  --寄存器的计数值对应接收时当前位于的时隙数 
   SIGNAL state_tras               :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0);  -- 发送状态寄存器
   SIGNAL state_rec                :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -- 接受状态寄存器 
   SIGNAL clkbaud_tras             :  std_logic; --以波特率为频率的发送使能信号  
   SIGNAL clkbaud_rec              :  std_logic; --以波特率为频率的接受使能信号  
   SIGNAL clkbaud8x                :  std_logic; --以8倍波特率为频率的时钟，它的作用是将发送或接受一个bit的时钟周期分为8个时隙  
   SIGNAL recstart                 :  std_logic; -- 开始发送标志 
   SIGNAL recstart_tmp             :  std_logic; --开始接受标志  
   SIGNAL trasstart                :  std_logic;   
   SIGNAL rxd_reg1                 :  std_logic; --接收寄存器1  
   SIGNAL rxd_reg2                 :  std_logic; --接收寄存器2，因为接收数据为异步信号，故用两级缓存  
   SIGNAL txd_reg                  :  std_logic; --发送寄存器  
   SIGNAL rxd_buf                  :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--接受数据缓存   
   SIGNAL txd_buf                  :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--发送数据缓存   
   SIGNAL send_state               :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0);--每次按键给PC发送"Welcome"字符串，这是发送状态寄存器   
   SIGNAL cnt_delay                :  std_logic_vector(19 DOWNTO 0);--延时去抖计数器   
   SIGNAL start_delaycnt           :  std_logic;  --开始延时计数标志 
   SIGNAL key_entry1               :  std_logic;  --确定有键按下标志 
   SIGNAL key_entry2               :  std_logic;  --确定有键按下标志 
   --//////////////////////////////////////////////
   CONSTANT  div_par               :  std_logic_vector(15 DOWNTO 0) := "0000000100000100"; 
   --分频参数，其值由对应的波特率计算而得，按此参数分频的时钟频率是波倍特率的8倍，此处值对应9600的波特率，即分频出的时钟频率是9600*8	    
   SIGNAL txd_xhdl3                :  std_logic;   

BEGIN
   en <='0' ;--7段数码管使能信号赋值
   txd <= txd_xhdl3;   
   txd_xhdl3 <= txd_reg ;

   PROCESS(clk,rst)
   BEGIN
      
      IF (NOT rst = '1') THEN
         cnt_delay <= "00000000000000000000";    
         start_delaycnt <= '0';    
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN
         IF (start_delaycnt = '1') THEN
            IF (cnt_delay /= "11000011010100000000") THEN
               cnt_delay <= cnt_delay + "00000000000000000001";    
            ELSE
               cnt_delay <= "00000000000000000000";    
               start_delaycnt <= '0';    
            END IF;
         ELSE
            IF ((NOT key_input='1') AND (cnt_delay = "00000000000000000000")) THEN
               start_delaycnt <= '1';    
            END IF;
         END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clk,rst)
   BEGIN
      
      IF (NOT rst = '1') THEN
         key_entry1 <= '0';    
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN
         IF (key_entry2 = '1') THEN
            key_entry1 <= '0';    
         ELSE
            IF (cnt_delay = "11000011010100000000") THEN
               IF (NOT key_input = '1') THEN
                  key_entry1 <= '1';    
               END IF;
            END IF;
         END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clk,rst)
   BEGIN
      
      IF (NOT rst = '1') THEN
         div_reg <= "0000000000000000";    
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN
         IF (div_reg = div_par - "0000000000000001") THEN
            div_reg <= "0000000000000000";    
         ELSE
            div_reg <= div_reg + "0000000000000001";    
         END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clk,rst)  --分频得到8倍波特率的时钟
   BEGIN
      
      IF (NOT rst = '1') THEN
         clkbaud8x <= '0';    
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN
         IF (div_reg = div_par - "0000000000000001") THEN
            clkbaud8x <= NOT clkbaud8x;    
         END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clkbaud8x,rst)
   BEGIN
      IF (NOT rst = '1') THEN
         div8_rec_reg <= "000";    
      ELSE IF(clkbaud8x'EVENT AND clkbaud8x = '1') THEN
         IF (recstart = '1') THEN  --接收开始标志
            div8_rec_reg <= div8_rec_reg + "001";--接收开始后，时隙数在8倍波特率的时钟下加1循环    
         END IF;
	   END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clkbaud8x,rst)
   BEGIN
      IF (NOT rst = '1') THEN
         div8_tras_reg <= "000";    
      ELSE IF(clkbaud8x'EVENT AND clkbaud8x = '1') THEN
         IF (trasstart = '1') THEN
            div8_tras_reg <= div8_tras_reg + "001";--发送开始后，时隙数在8倍波特率的时钟下加1循环    
         END IF;
	   END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(div8_rec_reg)
   BEGIN
      IF (div8_rec_reg = "111") THEN
         clkbaud_rec <= '1'; ---在第7个时隙，接收使能信号有效，将数据打入   
      ELSE
         clkbaud_rec <= '0';    
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(div8_tras_reg)
   BEGIN
      IF (div8_tras_reg = "111") THEN
         clkbaud_tras <= '1';  --在第7个时隙，发送使能信号有效，将数据发出  
      ELSE
         clkbaud_tras <= '0';    
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clkbaud8x,rst)
   BEGIN
      IF (NOT rst = '1') THEN
         txd_reg <= '1';    
         trasstart <= '0';    
         txd_buf <= "00000000";    
         state_tras <= "0000";    
         send_state <= "000";    
         key_entry2 <= '0';    
      ELSE IF(clkbaud8x'EVENT AND clkbaud8x = '1') THEN
         IF (NOT key_entry2 = '1') THEN
            IF (key_entry1 = '1') THEN
               key_entry2 <= '1';    
               txd_buf <= "01110111";   --"w"
            END IF;
         ELSE