第31章 、串口RS485
【理论】
【RS485简介】
1、RS-485是双向、半双工通信协议，允许多个驱动器和接收器挂接在 总线 上，其中每个驱动器都能够脱离总线。（RS232为双向，双工，单端传输）
半双工：指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。
2、RS-485采用 差分传输 方式能有效抑制干扰。
单端传输：指在传输过程中，在一根导线上传输 对地之间的电平差，用这个电平差值来表示逻辑“0”和“1”（RS232为单端传输方式）。
差分传输：使用两根线进行传输信号，这两根线上的信号 振幅相等，相位相差180度，极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号，信号接收端比较这两个信号电压的差值来判断发送端发送的逻辑“0”和逻辑“1”。
由上图可以看到，单端传输 发送什么信号就 输出什么信号，而差分传输则是 输出发送端信号的 差值。当有共模干扰（两导线上的干扰电流振幅相等，频率、相位、方向相同）时，差分传输就能有效的抑制干扰，而单端传输却不能。
RS485相较于RS232：抗干扰能力较强，可长距离传输，最大可达上千米，同时RS-485接口在 总线上允许连接多个收发器，可利用单一的RS-485接口方便地建立起 设备网络。RS-485接口芯片广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。
【实战】
利用RS-485接口，使用 两块FPGA开发板 实现 两块开发板之间的流水灯、呼吸灯控制。使用A开发板上的2个按键控制B板上的LED灯的模式，使用B开发板上的2个按键控制A板上的LED灯的模式；
具体为：当按下A开发板的按键1时，B开发板的流水灯亮，再次按下按键1时，B板流水灯灭；同理呼吸灯也是如此。
需要注意的是开发板中的led只能显示一种状态（流水灯或呼吸灯），所以当显示流水灯/呼吸灯时，按下呼吸灯按键/流水灯按键后，led会显示呼吸灯/流水灯。
【硬件资源】
MAX3485 为RS485 收发器芯片，该收发器可实现 差分信号 与 TTL信号 之间的转换。
RS485是 半双工通信，当引脚2为低电平时，接收使能；当引脚3为高电平时，发送使能。将引脚2和引脚3连接在一起形成RS485使能；
当 RS485_RE 为 高(11) 时 发送 过程，为 低(00) 时 接收 过程。
- 数据发送（FPGA-AB端口）： RS485_RE 拉高，单端信号由 FPGA 传入 MAX3485收发芯片，转换成 差分信号 传出至 AB端口；
- 数据接收（AB端口-FPGA）：RS485_RE 拉低，差分信号由 AB端口 传入 MAX3485收发芯片，转换成 单端信号 传出至 FPGA；
【注】RS485与RS232使用同样的传输协议，故而数据传输的帧结构相同（10bit，1位起始位，8位数据位，1位停止位）
两块板进行RS485通信实验，485B口连接另一块板子的485B口，485A口连接到另一块板子的485A口。其之间的连线如下图：
下图为串口与CAN接口的选择，需使用跳帽将3、5脚（对应开发板J6口上485_T、TX）连接以及将4、6脚（对应开发板J6口上485_R、RX）连接，用于选择RS485接口。
【程序设计】
工程的工作流程：通过 led_ctrl 模块产生控制另一块开发板led灯的控制信号通过uart_tx模块发送到另一块开发板。同时若另外一块开发板传来了led灯的控制信号，控制信号经由uart_rx模块传入，通过led模块来控制开发板的led灯状态。
【按键消抖模块(key_filter)】
module key_filter( input wire sys_clk , input wire sys_rst_n , input wire key_in , output reg key_flag );parameter M_cnt_20ms = 1_000_000 ; //计数20ms，20ms=20_000_000ns,计数个数为：20_000_000ns/20ns = 1_000_000个
reg [19:0]cnt_20ms;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
cnt_20ms <= 0;
else if(key_in1'b1)//① 按键一直为高,则未按下,不计数；
cnt_20ms <= 0; //② 按键按下之后为高,则有抖动,计数清零,重新计数
else if((key_in1'b0) && (cnt_20ms==M_cnt_20ms - 1'b1))//按键为低，但计数满了，保持计数值
cnt_20ms <= cnt_20ms;//即计数值持续等于999_999
else
cnt_20ms <= cnt_20ms + 1'b1;//按键为低，计数未满20ms，计数
end// 按键消抖成功信号，即key_in保持20ms
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
key_flag <= 0;
else if(cnt_20ms==M_cnt_20ms - 2'd2)
key_flag <= 1'b1;
else
key_flag <= 1'b0;
end
endmodule
`timescale 1ns/1ns
module tb_key_filter();
//parameter define
parameter CNT_1MS = 20'd19 , //为了缩短仿真时间，将参数化的时间值改小，但位宽依然定义和参数名的值保持一致，也可以将这些参数值改成和参数名的值一致
CNT_11MS = 21'd69 ,
CNT_41MS = 22'd149 ,
CNT_51MS = 22'd199 ,
CNT_60MS = 22'd249 ;//完整按键按下到释放过程,前抖动10ms、后抖动10ms、稳定
//wire define
wire key_flag ; //消抖后按键信号
//reg define
reg sys_clk ;
reg sys_rst_n ;
reg key_in ; //模拟按键输入
reg [21:0] tb_cnt ; //模拟按键按下整个过程计数器，前抖动10ms、稳定20ms、后抖动10ms，共40ms，计数个数：40_000_000/20=2_000_000个
initial begin
sys_clk = 1'b1;
sys_rst_n = 1'b0;
// key_in = 1'b1; //初始化按键输入
#20
sys_rst_n <= 1'b1;
end
always #10 sys_clk = ~sys_clk;
//tb_cnt:按键过程计数器，通过该计数器的计数时间来模拟按键的抖动过程
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
tb_cnt <= 22'b0;
else if(tb_cnt == CNT_60MS)//计数器计数到CNT_60MS完成一次按键从按下到释放的整个过程，51-60ms为按键空闲时间
tb_cnt <= 22'b0;
else
tb_cnt <= tb_cnt + 1'b1;
//key_in:产生按键输入随机数，模拟按键输入
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
key_in <= 1'b1; //按键未按下时的状态为为高电平
else if((tb_cnt >= CNT_1MS && tb_cnt <= CNT_11MS) || (tb_cnt >= CNT_41MS && tb_cnt <= CNT_51MS))
key_in <= {$random} % 2; //在60ms的前10ms和后10ms，产生非负随机数0、1，模拟按键抖动
else if(tb_cnt >= CNT_11MS && tb_cnt <= CNT_41MS)
key_in <= 1'b0; //按键经过10ms的前抖动后稳定在低电平，持续时间需大于30ms，此处仿真设置稳定时间为30ms
else
key_in <= 1'b1;
key_filter #(.M_cnt_20ms(20'd50)) key_filter_inst01
(
.sys_clk (sys_clk ),
.sys_rst_n (sys_rst_n ),
.key_in (key_in ),
.key_flag (key_flag )
);
endmodule
【呼吸灯模块】
module breath_led #( parameter CNT_1US_MAX = 6'd49 , parameter CNT_1MS_MAX = 10'd999 , parameter CNT_1S_MAX = 10'd999 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50Mhz input wire sys_rst_n , //全局复位output reg led_out //输出信号，控制led灯);
//reg define
reg [5:0] cnt_1us ; //计数50个，6位
reg [9:0] cnt_1ms ; //计数1000个，10位
reg [9:0] cnt_1s ;
reg cnt_1s_flag ;//cnt_1us:1us计数器
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_1us <= 6'b0;
else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)
cnt_1us <= 6'b0;
else
cnt_1us <= cnt_1us + 1'b1;//cnt_1ms:1ms计数器
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_1ms <= 10'b0;
else if(cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX)
cnt_1ms <= 10'b0;
else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)
cnt_1ms <= cnt_1ms + 1'b1;//cnt_1s:1s计数器
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_1s <= 10'b0;
else if(cnt_1s == CNT_1S_MAX && cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX)
cnt_1s <= 10'b0;
else if(cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX)
cnt_1s <= cnt_1s + 1'b1;//cnt_1s_flag:1s计数器标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_1s_flag <= 1'b0;
else if(cnt_1s == CNT_1S_MAX && cnt_1ms == CNT_1MS_MAX && cnt_1us == CNT_1US_MAX)
cnt_1s_flag <= ~cnt_1s_flag; //1s计数完，转换led灯亮灭模式//led_out:输出信号连接到外部的led灯
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
led_out <= 1'b0;
else if((cnt_1s_flag == 1'b1 && cnt_1ms < cnt_1s) //找led为低时的波形
|| (cnt_1s_flag == 1'b0 && cnt_1ms > cnt_1s))
led_out <= 1'b0;
else
led_out <= 1'b1;
endmodule
【流水灯模块】
module water_led( input wire sys_clk , //系统时钟50Mh input wire sys_rst_n , //全局复位output wire [3:0] led_out //输出控制led灯);
parameter CNT_MAX = 25'd25_000_000 ;
//reg define
reg [24:0] water_cnt ;
reg cnt_flag ;
reg [3:0] led_out_reg ;//cnt:计数器计数1s
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(sys_rst_n == 1'b0)
water_cnt <= 25'b0;
else if(water_cnt == CNT_MAX -1'b1 )
water_cnt <= 25'b0;
else
water_cnt <= water_cnt + 1'b1;
end
//cnt_flag:计数器计数满1s标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_flag <= 1'b0;
else if(water_cnt == CNT_MAX - 2'd2)
cnt_flag <= 1'b1;
else
cnt_flag <= 1'b0;
end//led_out_reg:led循环流水
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
led_out_reg <= 4'b0001;
else if(led_out_reg == 4'b1000 && cnt_flag == 1'b1)
led_out_reg <= 4'b0001;
else if(cnt_flag == 1'b1)
led_out_reg <= led_out_reg << 1'b1; //左移assign led_out = ~led_out_reg;
// always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
// if(sys_rst_n == 1'b0)
// led_out <= 4'b0000;
// else if(led_out == 4'b0111 && cnt_flag == 1'b1)
// led_out <= 4'b1110;
// else if(cnt_flag == 1'b1)
// led_out <= led_out << 1'b0;
// // led_out <= {led_out[3:1],1'b1} ;
// // led_out <= led_out << 1'b1; //左移
// else
// led_out <= led_out ;
// end
endmodule
【串口接收模块(uart_rx)】
同《RS232》章节中的uart_rx模块
module uart_rx( input sys_clk , input sys_rst_n , input din ,output reg [7:0] po_data , output reg po_flag);
parameter UART_BPS = 'd9600 ,//数据传输波特率 9600
CLK_FREQ = 'd50_000_000 ;//系统时钟频率 50MHZlocalparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ / UART_BPS ;
reg din_reg1 ;
reg din_reg2 ;
reg din_reg3 ;
reg [3:0] bit_cnt ;
wire bit_flag ;//将接收的rx信号打两拍，消除亚稳态。再打一拍用消除亚稳态后的din_reg2、din_reg3进行下降沿判断
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if(!sys_rst_n)
din_reg1 <= 1'b1 ;
else
din_reg1 <= din ;
end
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if(!sys_rst_n)
din_reg2 <= 1'b1 ;
else
din_reg2 <= din_reg1 ;
end
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if(!sys_rst_n)
din_reg3 <= 1'b1 ;
else
din_reg3 <= din_reg2 ;
end//找到起始位下降沿，数据开始传输
reg nedge_flag ;
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
nedge_flag <= 1'b0 ;
else if((din_reg31'b1)&&(din_reg21'b0))
nedge_flag <= 1'b1 ;
else
nedge_flag <= 1'b0 ;
end//rx_en:接收使能信号
reg rx_en ;
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
rx_en <= 1'b0 ;
else if(nedge_flag1'b1)
rx_en <= 1'b1 ;
else if((bit_cnt4'd9)&&(bit_flag))
rx_en <= 1'b0 ;
else
rx_en <= rx_en ;
end//波特率 9600，1s（10^9ns）传输数据 （9600*1）bit，时钟周期 20ns，传输1bit数据需要ns：（10^9ns）/9600
// --> 传输1bit数据需要时钟周期个数：（（10^9ns）/9600）/20ns = 5208个,计数 0-5297
reg [12:0] baud_cnt ;
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
baud_cnt <= 13'd0 ;
else if((rx_en==1'b1) && (baud_cnt == (BAUD_CNT_MAX - 1'b1)))
baud_cnt <= 13'd0 ;
else if(rx_en == 1'b1)
baud_cnt <= baud_cnt + 1'b1 ;
else
baud_cnt <= 13'd0 ;
endassign bit_flag = (baud_cnt == ((BAUD_CNT_MAX/2)-1)) ;//在数据传输中间点赋值，更加准确
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
bit_cnt <= 4'b0 ;
else if((bit_cnt4'd9)&&(bit_flag1'b1))
bit_cnt <= 4'd0 ;
else if( bit_flag==1'b1 )
bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1 ;
else
bit_cnt <= bit_cnt ;
end//串行转并行，移位
reg [7:0] rx_data ;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
rx_data <= 8'd0 ;
else if((bit_cnt > 1'b1) && (bit_flag == 1'b1))
rx_data <= {din_reg3,rx_data[7:1]};
end
//移位完成标志信号
reg rx_flag ;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if(!sys_rst_n)
rx_flag <= 1'b0 ;
else if(rx_en==1'b1)
rx_flag <= 1'b1 ;
else rx_flag <= 1'b0 ;
end//输出信号，8bit并行数据
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
if(!sys_rst_n)
po_data <= 8'd0 ;
else if(rx_flag)
po_data <= rx_data ;
else
po_data <= 8'b0 ;
end
//输出完成标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
po_flag <= 1'b0 ;
else
po_flag <= rx_flag ;
end
endmodule
【串口发送模块(uart_tx)】
与《RS232》章节中的uart_tx模块大致相同，唯一不同的是 work_en（发送工作使能信号）：
- 需要将 work_en（发送工作使能信号）作为输出连接到 MAX3485收发器 中去 控制信息的 发送和接收。
- 需要将 work_en（发送工作使能信号）拉高至 停止位：
【注】《RS232》章节中的uart_tx模块的 work_en信号是 拉高到 数据位的最后一位，停止位并没有拉高。通过测试发现这会导致开发板在向另一块开发板发送信息时，rx在没有接受到数据时会拉低几个时钟，而uart_rx模块是通过rx的下降沿来判断是否传来数据的，这样就会导致开发板误以为另一块开发板发送过来了信息，导致结果出现错误。
module uart_tx #( parameter UART_BPS = 'd9600, //串口波特率 parameter CLK_FREQ = 'd50_000_000 //时钟频率 ) ( input wire sys_clk , //系统时钟50Mhz input wire sys_rst_n , //全局复位 input wire [7:0] pi_data , //并行数据 input wire pi_flag , //并行数据有效标志信号output reg work_en , //发送使能，高有效 output reg tx //串口发送数据);
//localparam define
localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS ;//reg define
reg [12:0] baud_cnt ;
reg bit_flag ;
reg [3:0] bit_cnt ;//work_en:接收数据工作使能信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
work_en <= 1'b0;
else if(pi_flag == 1'b1)
work_en <= 1'b1;
else if((bit_flag == 1'b1) && (bit_cnt == 4'd9))
work_en <= 1'b0;//baud_cnt:波特率计数器计数，从0计数到5207
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
baud_cnt <= 13'b0;
else if((baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1) || (work_en == 1'b0))
baud_cnt <= 13'b0;
else if(work_en == 1'b1)
baud_cnt <= baud_cnt + 1'b1;//bit_flag:当baud_cnt计数器计数到1时让bit_flag拉高一个时钟的高电平
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
bit_flag <= 1'b0;
else if( /* baud_cnt == 13'd1 */baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1 )
bit_flag <= 1'b1;
else
bit_flag <= 1'b0;//bit_cnt:数据位数个数计数，10个有效数据（含起始位和停止位）到来后计数器清零
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
bit_cnt <= 4'b0;
else if((bit_flag == 1'b1) && (bit_cnt == 4'd9))
bit_cnt <= 4'b0;
else if((bit_flag == 1'b1) && (work_en == 1'b1))
bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1;//tx:输出数据在满足rs232协议（起始位为0，停止位为1）的情况下一位一位输出
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
tx <= 1'b1; //空闲状态时为高电平
else if(/* bit_flag == 1'b1 */work_en == 1'b1)
case(bit_cnt)
0 : tx <= 1'b0;
1 : tx <= pi_data[0];
2 : tx <= pi_data[1];
3 : tx <= pi_data[2];
4 : tx <= pi_data[3];
5 : tx <= pi_data[4];
6 : tx <= pi_data[5];
7 : tx <= pi_data[6];
8 : tx <= pi_data[7];
9 : tx <= 1'b1;
default : tx <= 1'b1;
endcase
endmodule
【led灯控制模块（led_ctrl）】
该模块需产生发送标志信号(pi_flag)，以及产生发送数据（pi_data），以及输出led信号控制led灯显示。
实验任务是用 A板的按键 控制 B板的led灯，需要用 按键信号 产生led灯状态的 控制信号，这个信号在改变led灯状态时需维持有效信号不变。因为有两种led灯状态，所以需产生 两个状态标志信号。
- water_key_flag --> water_led_flag：流水灯状态标志信号，高有效。当 流水灯按键信号有效时（water_key_flag=1），拉高 流水灯状态标志 信号，拉低 呼吸灯状态标志信号。当再次按下流水灯按键时，拉低流水灯状态标志信号，使led灯状态变为不显示状态。
- breath_key_flag --> breath_led_flag：呼吸灯状态标志信号，高有效。当 呼吸灯按键信号有效（breath_key_flag=1）时，拉低 流水灯状态标志 信号 ，拉高 呼吸灯状态标志信号。当再次按下呼吸灯按键时，拉低呼吸灯状态标志信号，使led灯从显示呼吸灯变为不显示，
- pi_data：pi_flag 拉高开始传pi_data的值。所以要将led灯控制信号赋值给pi_data发送出去。两个led灯控制信号(2bit)，赋给pi_data的低两位即可。使用赋值语句：assign pi_data = {6’d0，breath_led_flag，water_led_flag} ；
- pi_flag：当按下按键时就需要对另一块开发板进行led灯控制，所以可使用 按键有效信号 作为 pi_flag信号，同样也可使用赋值语句：assign pi_flag = water_key_flag | breath_key_flag ；
接收的 po_data 即为发送的pi_flag数据。在上面我们已经讲到我们发送的pi_data值为：{6’d0，breath_led_flag，water_led_flag }，所以我们接收的po_data的值也为{6’d0，breath_led_flag，water_led_flag }。在没接收到数据时po_data为8’d0，所以我们只需要对po_data[0]，po_data[1]的值进行使用即可。
po_data[0]：即接收的water_led_flag值。
po_data[1]：即接收的breath_led_flag值。
- 当接收的 po_data[0] 的值为1：说明另一块开发板传来 流水灯状态标志信号 且有效，此时将led灯状态从 不显示状态 切换到 流水灯状态。
- 当接收到 po_data[1] 的值为1：说明另一块开发板传来 呼吸灯状态标志信号 且有效，此时将led灯状态 从不显示状态 切换到显示 呼吸灯状态。
- 当po_data[0]，po_data[1]为0：说明 不需要 显示 流水灯和呼吸灯，此时我将 led_out 的值赋为 4’b1111（全灭状态）。
module led_ctrl( input wire sys_clk , //模块时钟，50MHz input wire sys_rst_n , //复位信号，低有效 input wire water_key_flag , //流水灯按键有效信号 input wire breath_key_flag , //呼吸灯按键有效信号 input wire [3:0] led_out_w , //流水灯 input wire led_out_b , //呼吸灯 input wire [7:0] po_data , //接收数据output wire pi_flag , //发送标志信号 output wire [7:0] pi_data , //发送数据 output reg [3:0] led_out //输出led灯);
//reg define
reg water_led_flag ; //流水灯标志信号，作为pi_data[0]发送
reg breath_led_flag ; //呼吸灯标志信号，作为pi_data[1]发送//按下呼吸灯按键或流水灯按键时，开始发送数据
assign pi_flag = water_key_flag || breath_key_flag ;
//低两位数据为led控制信号
assign pi_data = {6'd0,breath_led_flag,water_led_flag};//water_key_flag:串口发送的控制信号，高时流水灯，低时停止（按键控制）
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
water_led_flag <= 1'b0;
else if(breath_key_flag == 1'b1) //呼吸灯按键按下，切换成呼吸灯模式
water_led_flag <= 1'b0;
else if(water_key_flag == 1'b1)//再次按下流水灯按键，使该状态停止
water_led_flag <= ~water_led_flag;
//breath_key_flag：串口发送的控制信号，高时呼吸灯灯，低时停止（按键控制）
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
breath_led_flag <= 1'b0;
else if(water_key_flag == 1'b1)
breath_led_flag <= 1'b0;
else if(breath_key_flag == 1'b1)
breath_led_flag <= ~breath_led_flag;//led_out：当传入的流水灯有效时，led灯为流水灯，同理呼吸灯也是如此
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
led_out <= 4'b1111;
else if(po_data[0] == 1'b1 )//第0位为1，流水灯模式
led_out <= led_out_w;
else if(po_data[1] == 1'b1 )//第1位为1，流水灯模式
//使四个led灯都显示呼吸灯状态
led_out <= {led_out_b,led_out_b,led_out_b,led_out_b};
else
led_out <= 4'b1111;
endmodule
【顶层模块】
`timescale 1ns/1ns module top_rs485( input wire sys_clk , //系统时钟，50MHz input wire sys_rst_n , //复位信号，低有效 input wire rx , //串口接收数据 input wire [1:0] key , //两个按键output wire work_en , //发送使能，高有效 output wire tx , //串口接收数据 output wire [3:0] led //led灯);
//parameter define
parameter UART_BPS = 14'd9600; //比特率
parameter CLK_FREQ = 26'd50_000_000; //时钟频率//wire define
wire [7:0] po_data ; //接收数据
wire [7:0] pi_data ; //发送数据
wire pi_flag ; //发送标志信号
wire water_key_flag ; //流水灯按键有效信号
wire breath_key_flag ; //呼吸灯按键有效信号
wire [3:0] led_out_w ; //流水灯
wire led_out_b ; //呼吸灯////
// Main Code ****************************//
//*****************************////--------------------uart_rx_inst------------------------
uart_rx(
.UART_BPS (UART_BPS ), //串口波特率 .CLK_FREQ (CLK_FREQ ) //时钟频率)
uart_rx_inst(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位
.din (rx ), //串口接收数据.po_data (po_data ), //串转并后的8bit数据 .po_flag ( ) //接收数据完成标志信号没用到可不接);
//--------------------uart_tx_inst------------------------
uart_tx(
.UART_BPS (UART_BPS ), //串口波特率 .CLK_FREQ (CLK_FREQ ) //时钟频率)
uart_tx_inst(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位
.pi_data (pi_data ), //并行数据
.pi_flag (pi_flag ), //并行数据有效标志信号.work_en (work_en ), //发送使能，高有效 .tx (tx ) //串口发送数据);
//--------------------key_filter_inst------------------------
//两个按键信号例化两次
key_filter key_filter_w(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位
.key_in (key[0] ), //按键输入信号.key_flag (water_key_flag) //key_flag为1时表示消抖后按键有效);
key_filter key_filter_b(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位
.key_in (key[1] ), //按键输入信号.key_flag (breath_key_flag) //key_flag为1时表示消抖后按键有效);
//--------------------key_ctrl_inst------------------------
led_ctrl led_ctrl_inst(
.sys_clk (sys_clk ), //模块时钟，50MHz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号，低有效
.water_key_flag (water_key_flag ), //流水灯按键有效信号
.breath_key_flag (breath_key_flag), //呼吸灯按键有效信号
.led_out_w (led_out_w ), //流水灯
.led_out_b (led_out_b ), //呼吸灯
.po_data (po_data ), //接收数据.pi_flag (pi_flag ), //发送标志信号 .pi_data (pi_data ), //发送数据 .led_out (led ) //输出led灯);
//--------------------water_led_inst------------------------
water_led water_led_inst(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mh
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位.led_out (led_out_w ) //输出控制led灯);
//--------------------breath_led_inst------------------------
breath_led breath_led_inst(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟50Mhz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //全局复位.led_out (led_out_b ) //输出信号，控制led灯);
endmodule
`timescale 1ns/1ns
module tb_rs485();
//wire define
wire rx1 ;
wire work_en1 ;
wire tx1 ;
wire [3:0] led1 ;
wire work_en2 ;
wire tx2 ;
wire [3:0] led2 ;
//reg define
reg sys_clk ;
reg sys_rst_n ;
reg [1:0] key1 ;
reg [1:0] key2 ;
//********************************************************************//
//***************************** Main Code ****************************//
//********************************************************************//
//对sys_clk,sys_rst赋初值，并模拟按键抖动
initial
begin
sys_clk = 1'b1 ;
sys_rst_n <= 1'b0 ;
key1 <= 2'b11;
key2 <= 2'b11;
#200 sys_rst_n <= 1'b1 ;
//按下流水灯按键
#2000000 key1[0] <= 1'b0;//按下按键
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#200 key1[0] <= 1'b1;//松开按键
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
//按下呼吸灯按键
#2000000 key1[1] <= 1'b0;//按下按键
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#200 key1[1] <= 1'b1;//松开按键
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
//按下呼吸灯按键
#2000000 key1[1] <= 1'b0;//按下按键
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#200 key1[1] <= 1'b1;//松开按键
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
//按下呼吸灯按键
#2000000 key1[1] <= 1'b0;//按下按键
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#200 key1[1] <= 1'b1;//松开按键
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[1] <= 1'b1;//模拟抖动
//按下流水灯灯按键
#2000000 key1[0] <= 1'b0;//按下按键
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#200 key1[0] <= 1'b1;//松开按键
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
//按下流水灯灯按键
#2000000 key1[0] <= 1'b0;//按下按键
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#200 key1[0] <= 1'b1;//松开按键
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b0;//模拟抖动
#20 key1[0] <= 1'b1;//模拟抖动
end
//sys_clk:模拟系统时钟，每10ns电平取反一次，周期为20ns，频率为50Mhz
always #10 sys_clk = ~sys_clk;
// //重新定义参数值，缩短仿真时间仿真
// //发送板参数
// defparam top_rs485_inst1.key_filter_w.CNT_MAX = 5 ;
// defparam top_rs485_inst1.key_filter_b.CNT_MAX = 5 ;
// defparam top_rs485_inst1.uart_rx_inst.UART_BPS = 1000000;
// defparam top_rs485_inst1.uart_tx_inst.UART_BPS = 1000000;
// defparam top_rs485_inst1.water_led_inst.CNT_MAX = 4000 ;
// defparam top_rs485_inst1.breath_led_inst.CNT_1US_MAX = 4 ;
// defparam top_rs485_inst1.breath_led_inst.CNT_1MS_MAX = 9 ;
// defparam top_rs485_inst1.breath_led_inst.CNT_1S_MAX = 9 ;
// //接收板参数
// defparam top_rs485_inst2.key_filter_w.CNT_MAX = 5 ;
// defparam top_rs485_inst2.key_filter_b.CNT_MAX = 5 ;
// defparam top_rs485_inst2.uart_rx_inst.UART_BPS = 1000000;
// defparam top_rs485_inst2.uart_tx_inst.UART_BPS = 1000000;
// defparam top_rs485_inst2.water_led_inst.CNT_MAX = 4000 ;
// defparam top_rs485_inst2.breath_led_inst.CNT_1US_MAX = 4 ;
// defparam top_rs485_inst2.breath_led_inst.CNT_1MS_MAX = 99 ;
// defparam top_rs485_inst2.breath_led_inst.CNT_1S_MAX = 99 ;
//发送板
//-------------top_rs485_inst1-------------
top_rs485 top_rs485_inst1
(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟，50MHz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号，低有效
.rx (rx1 ), //串口接收数据
.key (key1 ), //两个按键
.work_en (work_en1 ), //发送使能，高有效
.tx (tx1 ), //串口发送数据
.led (led_tx1 ) //led灯
);
//接收板
//-------------top_rs485_inst2-------------
top_rs485 top_rs485_inst2
(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟，50MHz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号，低有效
.rx (tx1 ), //串口接收数据
.key (key2 ), //两个按键
.work_en (work_en2 ), //发送使能，高有效
.tx (tx2 ), //串口发送数据
.led (led_rx2 ) //led灯
);
endmodule
