第8章程序部分8.8 URAT VHDL程序与仿真

8.8 URAT VHDL程序与仿真。 1. 顶层程序与仿真 （1）顶层程序 --文件名：top.vhd。 --功能：顶层映射。 --最后修改日期：2004.3.24。 library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity top is Port (clk32mhz,reset,rxd,xmit_cmd_p_in:in std_logic; --总的输入输出信号的定义 rec_ready,txd_out,txd_done_out:out std_logic; txdbuf_in:in std_logic_vector(7 downto 0); --待发送数据输入 rec_buf:out std_logic_vector(7 downto 0)); --接收数据缓冲 end top; architecture Behavioral of top is component reciever Port (bclkr,resetr,rxdr:in std_logic; r_ready:out std_logic; rbuf:out std_logic_vector(7 downto 0)); end component; component transfer Port (bclkt,resett,xmit_cmd_p:in std_logic; txdbuf:in std_logic_vector(7 downto 0); txd:out std_logic; txd_done:out std_logic); end component; component baud Port (clk,resetb:in std_logic; bclk:out std_logic); end component; signal b:std_logic; begin u1:baud port map(clk=>clk32mhz,resetb=>reset,bclk=>b); --顶层映射 u2:reciever port map(bclkr=>b,resetr=>reset,rxdr=>rxd,r_ready=>rec_ready, rbuf=>rec_buf); u3:transfer port map(bclkt=>b,resett=>reset,xmit_cmd_p=>xmit_cmd_p_in, txdbuf=>txdbuf_in,txd=>txd_out,txd_done=>txd_done_out); end Behavioral; （2）程序仿真 仿真波形图如图8.8.5所示。 图8.8.5 仿真波形 2. 波特率发生器程序与仿真 （1）波特率发生器VHDL程序 --文件名：baud.vhd. --功能：将外部输入的32MHz的信号分成频率为153600Hz的信号。 --最后修改日期：2004.3.24。 library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity baud is Port (clk,resetb:in std_logic; bclk:out std_logic); end baud; architecture Behavioral of baud is begin process(clk,resetb) variable cnt:integer; begin if resetb='1' then cnt:=0; bclk<='0'; --复位 elsif rising_edge(clk) then if cnt>=208 then cnt:=0; bclk<='1'; --设置分频系数 else cnt:=cnt+1; bclk<='0'; end if; end if; end process; end Behavioral; （2）程序仿真 仿真波形如图8.8.6所示。 图8.8.6 波特率发生器的仿真波形 3. UART发送器程序与仿真 （1）UART发送器VHDL程序 --文件名：transfer.vhd。 --功能：UART发送器。 --说明：系统由五个状态（x_idle,x_start,x_wait,x_shift,x_stop）和一个进程构成。 --最后修改日期：2004.3.24。 library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity transfer is generic(framlent:integer:=8); Port (bclkt,resett,xmit_cmd_p:in std_logic; --定义输入输出信号 txdbuf:in std_logic_vector(7 downto 0):="11001010"; txd:out std_logic; txd_done:out std_logic); end transfer; architecture Behavioral of transfer is type states is (x_idle,x_start,x_wait,x_shift,x_stop); --定义个子状态 signal state:states:=x_idle; signal tcnt:integer:=0; begin process(bclkt,resett,xmit_cmd_p,txdbuf) --主控时序、组合进程 variable xcnt16:std_logic_vector(4 downto 0):="00000"; --定义中间变量 variable xbitcnt:integer:=0; variable txds:std_logic; begin if resett='1' then state<=x_idle; txd_done<='0'; txds:='1'; --复位 elsif rising_edge(bclkt) then case state is when x_idle=> --状态1，等待数据帧发送命令 if xmit_cmd_p='1' then state<=x_start; txd_done<='0'; else state<=x_idle; end if; when x_start=> --状态2，发送信号至起始位 if xcnt16>="01111" then state<=x_wait; xcnt16:="00000"; else xcnt16:=xcnt16+1; txds:='0'; state<=x_start; end if; when x_wait=> --状态3，等待状态 if xcnt16>="01110" then if xbitcnt=framlent then state<=x_stop; xbitcnt:=0; else state<=x_shift; end if; xcnt16:="00000"; else xcnt16:=xcnt16+1; state<=x_wait; end if; when x_shift=>txds:=txdbuf(xbitcnt); xbitcnt:=xbitcnt+1; state<=x_wait; --状态4，将待发数据进行并串转换 when x_stop=> --状态5，停止位发送状态 if xcnt16>="01111" then if xmit_cmd_p='0' then state<=x_idle; xcnt16:="00000"; else xcnt16:=xcnt16; state<=x_stop; end if; txd_done<='1'; else xcnt16:=xcnt16+1; txds:='1'; state<=x_stop; end if; when others=>state<=x_idle; end case; end if; txd<=txds; end process; end Behavioral; UART发送器的仿真波形如图8.8.7所示。 图8.8.7 UART发送器的仿真波形 4. UART接收器程序与仿真 （1）UART接收器VHDL程序 --文件名：reciever.vhd。 --功能：UART接受器。 --说明：系统由五个状态（r_start,r_center,r_wait,r_sample,r_stop）和两个进程构成 --最后修改日期：2004.3.24。 library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity reciever is generic(framlenr:integer:=8); Port (bclkr,resetr,rxdr:in std_logic; --定义输入输出信号 r_ready:out std_logic; rbuf:out std_logic_vector(7 downto 0)); end reciever; architecture Behavioral of reciever is type states is (r_start,r_center,r_wait,r_sample,r_stop); --定义各子状态 signal state:states:=r_start; signal rxd_sync:std_logic; begin pro1:process(rxdr) begin if rxdr='0' then rxd_sync<='0'; else rxd_sync<='1'; end if; end process; pro2:process(bclkr,resetr,rxd_sync) --主控时序、组合进程 variable count:std_logic_vector(3 downto 0); --定义中间变量 variable rcnt:integer:=0; variable rbufs:std_logic_vector(7 downto 0); begin if resetr='1' then state<=r_start; count:="0000"; --复位 elsif rising_edge(bclkr) then case state is when r_start=> --状态1，等待起始位 if rxd_sync='0' then state<=r_center; r_ready<='0'; rcnt:=0; else state<=r_start; r_ready<='0'; end if; when r_center=> --状态2，求出每位的中点 if rxd_sync='0' then if count="0100" then state<=r_wait; count:="0000"; else count:=count+1; state<=r_center; end if; else state<=r_start; end if; when r_wait=> --状态3，等待状态 if count>="1110" then if rcnt=framlenr then state<=r_stop; else state<=r_sample; end if; count:="0000"; else count:=count+1; state<=r_wait; end if; when r_sample=>rbufs(rcnt):=rxd_sync; rcnt:=rcnt+1;state<=r_wait; --状态4，数据位采样检测 when r_stop=>r_ready<='1'; rbuf<=rbufs; state<=r_start; --状态4，输出帧接收完毕信号 when others=>state<=r_start; end case; end if; end process; end Behavioral; （2）程序仿真 UART接收器的仿真波形如图8.8.8所示。 图8.8.8 UART接收器的仿真波形