uart串口调试怎么用其操作方法详解

　　uart串口

　　通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通常称作UART，是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。

　　具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的周边设备。一般是RS-232C规格的，与类似Maxim的MAX232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配，作为连接外部设备的接口。在UART上追加同步方式的序列信号变换电路的产品，被称为USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）。

　　uart基本结构

　　1输出缓冲寄存器，它接收CPU从数据总线上送来的并行数据，并加以保存。

　　

　　uart基本结构

　　2输出移位寄存器，它接收从输出缓冲器送来的并行数据，以发送时钟的速率把数据逐位移出，即将并行数据转换为串行数据输出。

　　3输入移位寄存器，它以接收时钟的速率把出现在串行数据输入线上的数据逐位移入，当数据装满后，并行送往输入缓冲寄存器，即将串行数据转换成并行数据。

　　4输入缓冲寄存器，它从输入移位寄存器中接收并行数据，然后由CPU取走。

　　5控制寄存器，它接收CPU送来的控制字，由控制字的内容，决定通信时的传输方式以及数据格式等。例如采用异步方式还是同步方式，数据字符的位数，有无奇偶校验，是奇校验还是偶校验，停止位的位数等参数。

　　6状态寄存器。状态寄存器中存放着接口的各种状态信息，例如输出缓冲区是否空，输入字符是否准备好等。在通信过程中，当符合某种状态时，接口中的状态检测逻辑将状态寄存器的相应位置“1”，以便让CPU查询。

　　uart串口的调试

　　用FPGA设计了数据接收和发送模块，FIFO模块，此处FIFO调用的是Show-ahead模式，在下一篇博客中将会分析这个问题。

　　用串口调试工具发送数据，数据接收模块将接收到的串行数据转换为并行数据（串转并），并存入FIFO中，当FIFO中的数据个数大于某个值的时候，读出数据，通过发送模块将并行数据转换为串行数据（并转串），然后就可以在串口调试工具上看到接收到的数据。

　　注意的点：

　　1、接收数据时，接收的数据因为不确定什么时候会来，所以有可能出现亚稳态，因此要进行同步处理，打两拍。

　　2、不论是接收还是发送数据都是从低位开始的。

　　3、采数据的时侯要在数据中间取值，原因下文有讲。

　　基本概念：

　　波特率与比特率？

　　波特率：单位时间内传输码元的个数（码元是携带数据信息的信号单元，有可能是1位的，也有可能是多位）

　　比特率：单位时间内传输了多少位数据

　　比特率=波特率*码元的位数

　　因为UART数据是一位一位传输的，所以波特率与比特率在这里可以认为是等效的，不用过于纠结，我们就直接理解成1s传送了多少位数据就可以了。

　　这是一个很不专业的总结，但是能很快理解二者关系。

　　常用的波特率有 9600，19200，38400等，这里用9600进行详细讲解

　　波特率位9600，则每一位数据的时间为 1s/9600=1000_000_000 ns/9600 =104166.67ns

　　因为时钟频率是50Mhz，因此需要104166.67ns/20ns=5208个时钟周期。

　　这里需要注意的问题是我们的时间并不能整除，有误差，因此设计的时候要在数据的中间取值，这样就可以避免数据出错。

　　UART数据传输格式

　　

　　数据格式由起始位、数据位（位数可以位7、8等）、奇偶校验位（可有可无）、停止位（接收数据时可以忽略，发送数据时必须要有停止位）

　　上面已经说过每个数据的时间为5208个时钟周期，因此需要设计一个计数器cnt_5208

　　接收数据时为 起始位+8位数据位，即9位数，因此需要一个计数器来指示是哪一位数，cnt_bit。

　　接收数据时怎么检测有数据要来呢？

　　空闲时刻，数据线处于高电瓶，有数据来时要发送低电平，因此我们可以利用这个特性进行一个边沿检测，检测到下降沿的时候就知道有数据要来了。

　　接收数据注意的要点有哪些？

　　1、亚稳态问题：并不能确定数据什么时候来，所以为了避免出现亚稳态，我们需要对到来的数据进行同步化处理，就是简单的打两拍。

　　2、最好是在数据稳定的时候采集数据，所以有 clk_en =（cnt_5208 ==TIME_5208/2 -1）？ 1‘b1:1’b0，这个使能信号，可以保证在数据中间时刻采值，正确率高。

　　发送数据时 起始位0 +8位数据位 +停止位1，同样也需要一个计数器来指示是哪一位数。

　　发送数据模块注意的要点有哪些？

　　发送数据模块就是把接收到的数据一位一位发出去，这时候就要设计一个rdy信号告诉外面的模块系统是否处于工作模式，这样可以防止数据的丢失，

　　我们一板将要发送的数据先缓存起来，然后再一位一位发出去，这样也避免了再发送数据的时候受其他因素影响造成信息错误。

　　还要注意数据传送的时候都是从低位开始。这一点很重要很重要，否则发送的数据和接收到的数据就不一样，我是深深被伤到了，浪费了好多时间，以后要细心，不能再想当然，要遵守协议。。。。。

　　调试结果：当发送超过60字节的数据时，就会接收到数据，结果如下。

　　发送了01020304050607，即4位*14=56位数，即一次发送7字节的数据。