使用uart串口接收模块接收信号，控制led灯闪烁

功能描述：

　　使用遵循uart协议的接收模块接收控制信号，用来控制led的闪烁。

设计输入：

　　1.uart输入信号

　　2.时钟信号

　　3.复位信号

　　4.led信号

设计思路：

　　总体上：前面已经写了串口接收模块，led闪烁模块。现在要把接收到的多个数据对应传送给led闪烁模块的输入（闪烁周期，亮灭模式设置），我们再写一个模块来实现传输的功能，然后在顶层把这三个模块进行连线就可以了。

　　细节处：单个数据的传输遵循uart协议，而为了确定传送来的数据哪个对应led的时间设置，哪个对应亮灭模式设置，我们也需要人为再设定一个协议，第一，二个数据为某固定值时，视为开端，然后接着是对应数据，最后一个数据是固定值。发送数据端应按照这个协议来发送各个数据，这样子接收端就可以按照这个协议来控制输入led的信号了。

注意

　　①在代码中用到了延时，如#xx......等，则应在文件第一行写明时间单位和精度：·timescale ns/ns 。

　　②如果想让某个标志信号siagnl_a 延后一个周期，可以新设定一个信号siagnl_b，让siagnl_b永远等于siagnl_a就行。

　　③在本次设计中，修正了receive_rx_1代码中把r_data赋给data的时刻以及清零时刻。

学习：

　　①设计底层模块convert，顶层直接连线很方便。

　　②对于串口通信的应用，一般都有串口接收模块+移位寄存器+协议+应用功能 四个部分组成，其中，串口模块和功能模块一般已经设计好了，我们要设计移位寄存器和协议，即接收到的数据用来干嘛，怎么排序对应。

　　③判断条件设定的技巧: if（const <= variable），有两个好处：Ⅰ.常数const不能被变量variabl赋值，以此检查会不会把比较符写成赋值符。Ⅱ.用<=取代 == ，可以避免 == 的时刻已经被跳过，导致判断条件无法实现。

设计：

代码：

`timescale 1ns / 1ns
module uart_rx_ctrl_led(//顶层，就是连线
    clk,
    reset,
    uart_tx,
    led
    );
    input clk;
    input reset;
    input uart_tx;
    output led;

    //本模型由uart_receive到led_chang的传输协议为：
    //0x0f,0xab,tim[31:24] tim[23:16] tim[15:8] tim[7:0] ctrl[7:0] oxa5

   //首先例化三个模块进来
   wire [2:0]baud_rate ;
   assign baud_rate = 3'd5 ;
   wire [7:0]data;
   wire rx_done;
   uart_receive_1   uart_receive(//接收模块
    clk ,
    reset ,
    baud_rate ,
    uart_tx,
    data ,
    rx_done
    );

    wire [31:0]tim;
    wire [7:0]ctrl;
    uart_led_convert uart_led_convert(//转换模块
    data,
    rx_done,
    clk,
    reset,
    tim,
    ctrl
    );

    led_change4 led_change4(//led闪烁模块
    clk,
    reset,
    ctrl,
    tim,
    led
    );

endmodule

module uart_receive_1(
    clk ,
    reset ,
    baud_rate ,
    uart_tx,
    data ,
    rx_done
    );
    input  clk ;
    input reset ;
    input [2:0]baud_rate ;
    input uart_tx ;
    output reg [7:0]data ;
    output reg rx_done ;

    reg [2:0]r_data[7:0] ;//接收每一位数据
    reg [2:0]sta_bit ;
    reg [2:0]sto_bit ;

    reg [17:0]bit_tim ;//每一位持续的时间（计数）
    always@(baud_rate)  //在这里一个 码元由一位组成，所以波特率=比特率
        begin
            case(baud_rate)         //常见的串口传输波特率
            3'd0 : bit_tim = 1000000000/300/20 ; //波特率为300
            3'd1 : bit_tim = 1000000000/1200/20 ; //波特率为1200
            3'd2 : bit_tim = 1000000000/2400/20 ; //波特率为2400
            3'd3 : bit_tim = 1000000000/9600/20 ; //波特率为9600
            3'd4 : bit_tim = 1000000000/19200/20 ; //波特率为19200
            3'd5 : bit_tim = 1000000000/115200/20 ; //波特率为115200
            default bit_tim = 1000000000/9600/20 ;   //多余的寄存器位置放什么：默认速率
            endcase
     end

    wire [17:0]bit_tim_16 ;//每1/16位的持续时间（计数）
    assign bit_tim_16 = bit_tim / 16;

    wire [8:0]bit16_mid ; //在中心点产生采样脉冲
    assign bit16_mid = bit_tim_16 / 2 ;

    //边沿检测
    reg [1:0]edge_detect ;
    always @( posedge clk or negedge reset )
    begin
        if (!reset )
            edge_detect <= 2'd0 ;
        else
            begin
            edge_detect[0] <= uart_tx ;
            edge_detect[1] <= edge_detect[0] ;
            end
    end    

    wire byte_sta_neg ;
    assign byte_sta_neg = ( edge_detect == 2'b10 ) ? 1 : 0 ;//输入的数据开始出现下降沿，说明出现了起始位（一直运行？）

    reg receive_en ;//接收使能端
    reg [17:0]div_cnt ;//每1/16bit内的计数
     reg [7:0]bit16_cnt ;//计数到了第几个状态（10位，每位分成16份，总共160个状态）
    always @( posedge clk or negedge reset )
    begin
         if (!reset )
            receive_en <= 1'd0 ;
        else if ( byte_sta_neg )    //检测到下降沿，使能段有效（只要有下降沿就使能？）
            receive_en <= 1'd1 ;
        else if ( (rx_done) || (sta_bit >= 3'd4 ))
            receive_en <= 1'd0 ;    //检测到结束信号，使能端无效
        else if ( ( bit16_cnt == 8'd159 ) && (div_cnt == bit_tim_16 - 1'd1 ) )//跑完159后re_en置零
            receive_en <= 1'd0 ;
    end

    always@( posedge clk or negedge reset )
    begin
        if ( ! reset )
            div_cnt <= 18'd0 ;
        else if (receive_en)
        begin
            if ( div_cnt == bit_tim_16 - 1'd1 )//计数，每1/16bit清零
                div_cnt <= 18'd0 ;
            else
                div_cnt <= div_cnt + 1'b1 ;
        end
        else
            div_cnt <= 18'd0 ;
    end

    reg bit16_pulse ;//产生采样脉冲
    always@( posedge clk or negedge reset )
    begin
        if ( ! reset )
            bit16_pulse <= 18'd0 ;
        else if (receive_en)
            if ( div_cnt == bit16_mid )
                bit16_pulse <= 1'd1 ;
            else
                bit16_pulse <= 1'd0 ;
        else
                bit16_pulse <= 1'd0 ;
    end       

    always@( posedge clk or negedge reset )
    begin
        if ( ! reset )
            bit16_cnt <= 8'd0 ;
        else if (receive_en)
        begin
            if (( bit16_cnt == 8'd159 ) && (div_cnt == bit_tim_16 - 1'd1 ))
                bit16_cnt <= 8'd0 ;
            else if ( div_cnt == bit_tim_16 - 1'd1 )
                bit16_cnt <= bit16_cnt + 1'b1 ;
        end
    end

    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
    if(!reset)
    begin
        sta_bit   <= 3'd0 ;
        r_data[0] <= 3'd0 ;
        r_data[1] <= 3'd0 ;
        r_data[2] <= 3'd0 ;
        r_data[3] <= 3'd0 ;
        r_data[4] <= 3'd0 ;
        r_data[5] <= 3'd0 ;
        r_data[6] <= 3'd0 ;
        r_data[7] <= 3'd0 ;
        sto_bit   <= 3'd0 ;
    end
    else if (bit16_pulse)//舍弃前5后4取中7
        case(bit16_cnt)
            0:
            begin
            sta_bit   <= 3'd0 ;
            r_data[0] <= 3'd0 ;
            r_data[1] <= 3'd0 ;
            r_data[2] <= 3'd0 ;
            r_data[3] <= 3'd0 ;
            r_data[4] <= 3'd0 ;
            r_data[5] <= 3'd0 ;
            r_data[6] <= 3'd0 ;
            r_data[7] <= 3'd0 ;
            sto_bit   <= 3'd0 ;
            end
            5,6,7,8,9,10,11 : sta_bit <= sta_bit + uart_tx ;
            21,22,23,24,25,26,27 : r_data[0] <= r_data[0] + uart_tx ;
            37,38,39,41,42,43,44 : r_data[1] <= r_data[1] + uart_tx ;
            53,54,55,56,57,58,59 : r_data[2] <= r_data[2] + uart_tx ;
            69,70,71,72,73,74,75 : r_data[3] <= r_data[3] + uart_tx ;
            85,86,87,88,89,90,91 : r_data[4] <= r_data[4] + uart_tx ;
            101,102,103,104,105,106,107 : r_data[5] <= r_data[5] + uart_tx ;
            117,118,119,120,121,122,123 : r_data[6] <= r_data[6] + uart_tx ;
            133,134,135,136,137,138,139 : r_data[7] <= r_data[7] + uart_tx ;
            149,150,151,152,153,154,155 : sto_bit <= sto_bit + uart_tx ;
            default ;
        endcase
    end

    always@( posedge clk or negedge reset )
    begin
        if ( ! reset )
            rx_done <= 8'd0 ;
        else if ( ( bit16_cnt == 8'd159 ) && (div_cnt == bit_tim_16 - 1'd1 ) )//跑完159后产生一个rx_done信号
            rx_done <= 8'd1 ;
        else if (rx_done <= 8'd1 )
            rx_done <= 8'd0 ;
    end         

    always@( posedge clk or negedge reset )//接收完数据发出rx_done后，把数据从r_data传递给data
    begin
        if ( ! reset )
            data <= 8'd0 ;
        else if (bit16_pulse)//舍弃前5后4取中7
        case(bit16_cnt)
            28:data[0] = ( r_data[0] >3 ) ? 1 : 0 ;
            44:data[1] = ( r_data[1] >3 ) ? 1 : 0 ;
            60:data[2] = ( r_data[2] >3 ) ? 1 : 0 ;
            76:data[3] = ( r_data[3] >3 ) ? 1 : 0 ;
            92:data[4] = ( r_data[4] >3 ) ? 1 : 0 ;
            108:data[5] = ( r_data[5] >3 ) ? 1 : 0 ;
            124:data[6] = ( r_data[6] >3 ) ? 1 : 0 ;
            140:data[7] = ( r_data[7] >3 ) ? 1 : 0 ;
        endcase
        else if(rx_done)
            data <= 8'd0 ;
    end

endmodule

`timescale 1ns / 1ns
module uart_led_convert(
    data,
    rx_done,
    clk,
    reset,
    tim,
    ctrl
    );
    input [7:0]data;
    input rx_done;
    input clk;
    input reset;
    output reg [31:0]tim;
    output reg [7:0]ctrl;

    //设定本模型由uart_receive到led_chang的传输协议为：
    //0x0f,0xab,tim[31:24] tim[23:16] tim[15:8] tim[7:0] ctrl[7:0] oxa5
    //设计一个二维移位寄存器
    reg [7:0]data_regist[7:0];
    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
        if(!reset)
        begin
            data_regist[0] <= 0;
            data_regist[1] <= 0;
            data_regist[2] <= 0;
            data_regist[3] <= 0;
            data_regist[4] <= 0;
            data_regist[5] <= 0;
            data_regist[6] <= 0;
            data_regist[7] <= 0;
        end
        else if(rx_done)
        begin
            data_regist[0] <=      data      ;
            data_regist[1] <= data_regist[0] ;
            data_regist[2] <= data_regist[1] ;
            data_regist[3] <= data_regist[2] ;
            data_regist[4] <= data_regist[3] ;
            data_regist[5] <= data_regist[4] ;
            data_regist[6] <= data_regist[5] ;
            data_regist[7] <= data_regist[6] ;
        end
    end

    always@(posedge clk or negedge reset)
    begin
        if(!reset)
        begin
            tim <= 0 ;
            ctrl <= 0 ;
        end
        else if ( ( data_regist[0] == 8'ha5 ) && ( data_regist[6] == 8'hab ) && ( data_regist[7] == 8'h0f ) )
            begin
            ctrl[7:0]  <= data_regist[1] ;
            tim[7:0]   <= data_regist[2] ;
            tim[15:8]  <= data_regist[3] ;
            tim[23:16] <= data_regist[4] ;
            tim[31:24] <= data_regist[5] ;
            end
    end
endmodule

module led_change4(      //以tim*20/8 ns为变化周期，tim*20 ns为一个循环，每个周期的亮灭模式,tim由用户设置。.
    clk,
    reset,
    ctrl,
    tim,
    led
    );
    input clk;
    input reset;
    input [7:0]ctrl;
    input [31:0]tim;
    output reg led ;

    reg [31:0]counter0;

    always@( posedge clk or negedge reset )
    begin
        if ( reset == 0 )
        counter0 <= 32'b0 ;
        else if ( tim - 1 <= counter0 )
        counter0 <= 0 ;
        else
        counter0 <= counter0 + 1'd1;
    end 

    always@( posedge clk or negedge reset )
    begin
        if ( reset == 0 )
        led <= 0 ;
        else case( counter0 )                   //可以用第二个计数器的方法来设置判断条件
        tim * 1 / 8 - 1 : led <= ctrl[0] ;
        tim * 2 / 8 - 1 : led <= ctrl[1] ;
        tim * 3 / 8 - 1 : led <= ctrl[2] ;
        tim * 4 / 8 - 1 : led <= ctrl[3] ;
        tim * 5 / 8 - 1 : led <= ctrl[4] ;
        tim * 6 / 8 - 1 : led <= ctrl[5] ;
        tim * 7 / 8 - 1 : led <= ctrl[6] ;
        tim * 8 / 8 - 1 : led <= ctrl[7] ;
        default led <= led ;
        endcase
    end
endmodule