UART通信协议解析
UART, 或称为通用异步接收发送器，是串行通信的基础，如RS232和RS485接口。它专为低速、长距离和简化调试设计，tx和rx线连接设备，支持全双工数据传输。在FPGA设计中， UART 通过loopback测试验证数据链路的稳健性，尤其是在传感器调试和高速接口简化方面。
数据接收与同步
在接收模块中，UART采用精确的计数方法，比如50MHz系统时钟驱动的计数器baud_cnt，它在每个10比特数据周期内计数5208次。工作在9600波特率下，每接收到一个信号下降沿，计数器便会递增，同步数据并进行位移操作。当接收到稳定信号后，通过rx_flag上升沿触发，将稳定的数据8比特po_data和有效性标志po_flag输出。
消除亚稳态与数据准确性
为确保数据的准确无误，接收模块运用寄存器技术，通过双拍同步策略打消亚稳态影响。当数据进入rx_reg2后，再经过一次稳定处理，生成rx_reg3，然后进行后续逻辑处理，有效避免了逻辑混乱的风险。
Verilog实现细节
在Verilog代码中，关键信号如系统时钟sys_clk、复位信号sys_rst_n、数据输入rx、输出po_data和po_flag被明确定义。通过state_nedge检测下降沿，以实现数据的精确接收。在9600bps速率下，每个数据包的接收和处理过程被精心设计，确保每个比特的正确接收和移位。
顶层模块设计
顶层模块负责整合这些功能，包括一个仿真任务rx_byte，它依次接收和处理完整的8位数据，通过10次调用更基础的rx_bit任务。此外，尽管RS-485协议在工业控制等领域更具优势，如抗干扰性和多设备网络支持，但RS232仍因其简单性在特定应用场景中不可或缺。
总的来说，UART通信协议的核心在于其精确的时序控制和同步机制，确保了数据在串行链路中的可靠传输，无论是在基本的传感器连接还是复杂的工业自动化环境中，都是不可或缺的通信桥梁。