--程序_UART串行通信  
 --這個程序可以完成簡單的串行收發任務,時鐘頻率采用40MHz 

-- 本模塊的功能是驗證實現和PC機進行基本的串口通信的功能。需要在 
--PC機上安裝一個串口調試工具來驗證程序的功能。 
-- 程序實現了一個收發一幀10個bit（即無奇偶校驗位）的串口控 
--制器，10個bit是1位起始位，8個數據位，1個結束 
--位。串口的波特律由程序中定義的div_par參數決定，更改該參數可以實 
--現相應的波特率。程序當前設定的div_par 的值是0x104，對應的波特率是 
--9600。用一個8倍波特率的時鐘將發送或接受每一位bit的周期時間 
--劃分為8個時隙以使通信同步. 
--程序的工作過程是：串口處于全雙工工作狀態，按動SW0，CPLD向PC發送“welcome" 
--字符串（串口調試工具設成按ASCII碼接受方式）；PC可隨時向CPLD發送0-F的十六進制 
--數據，CPLD接受后顯示在7段數碼管上。 
library IEEE; 
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; 
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; 
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;  

ENTITY UART IS 
   PORT ( 
      clk                     : IN std_logic;    
      rst                     : IN std_logic;    
      rxd                     : IN std_logic;   --串行數據接收端 
      txd                     : OUT std_logic; --串行數據發送端   
      en                      : OUT std_logic; -- 數碼管使能  

      clkout                  : OUT std_logic;

      out_data                : OUT std_logic_vector(7 DOWNTO 0); --數碼管數據   
      key_input               : IN std_logic  --按鍵輸入 
      
      );  

END UART; 

ARCHITECTURE arch OF UART IS 


   --//////////////////inner reg//////////////////// 
   SIGNAL div_reg                  :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--分頻計數器，分頻值由波特率決定。分頻后得到頻率8倍波特率的時鐘    
   SIGNAL div8_tras_reg            :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0);--該寄存器的計數值對應發送時當前位于的時隙數    
   SIGNAL div8_rec_reg             :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0);  --寄存器的計數值對應接收時當前位于的時隙數  
   SIGNAL state_tras               :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0);  -- 發送狀態寄存器 
   SIGNAL state_rec                :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -- 接受狀態寄存器  
   SIGNAL clkbaud_tras             :  std_logic; --以波特率為頻率的發送使能信號   
   SIGNAL clkbaud_rec              :  std_logic; --以波特率為頻率的接受使能信號   
   SIGNAL clkbaud8x                :  std_logic; --以8倍波特率為頻率的時鐘，它的作用是將發送或接受一個bit的時鐘周期分為8個時隙   
   SIGNAL recstart                 :  std_logic; -- 開始發送標志  
   SIGNAL recstart_tmp             :  std_logic; --開始接受標志   
   SIGNAL trasstart                :  std_logic;    
   SIGNAL rxd_reg1                 :  std_logic; --接收寄存器1   
   SIGNAL rxd_reg2                 :  std_logic; --接收寄存器2，因為接收數據為異步信號，故用兩級緩存   
   SIGNAL txd_reg                  :  std_logic; --發送寄存器   
   SIGNAL rxd_buf                  :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--接受數據緩存    
   SIGNAL txd_buf                  :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--發送數據緩存    
   SIGNAL send_state               :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0);--每次按鍵給PC發送"Welcome"字符串，這是發送狀態寄存器    
   SIGNAL cnt_delay                :  std_logic_vector(19 DOWNTO 0);--延時去抖計數器    
   SIGNAL start_delaycnt           :  std_logic;  --開始延時計數標志  
 
   SIGNAL seg_data                  :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);
 
--------------------------------------------------------------------------------
 
    SIGNAL key_entry1               :  std_logic;  --確定有鍵按下標志  
 
   --////////////////////////////////////////////// 
   --CONSTANT  div_par               :  std_logic_vector(15 DOWNTO 0) := "0000000100000100";  
CONSTANT  div_par               :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0) := "00011010";  
   --分頻參數，其值由對應的波特率計算而得，按此參數分頻的時鐘頻率是波倍特率的8倍，此處值對應9600的波特率，即分頻出的時鐘頻率是9600*8      
   SIGNAL txd_xhdl3                :  std_logic;    

BEGIN 
   en <='0' ;--7段數碼管使能信號賦值 
   txd <= not txd_xhdl3;    
   txd_xhdl3 <= txd_reg ; 

clkout<=clkbaud8x;
out_data<=txd_buf;
key_entry1<=key_input;

   PROCESS(clk,rst) 
   BEGIN 
       
      IF (NOT rst = '1') THEN 
         div_reg <= "00000000";     
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN 
         IF (div_reg = div_par - "00000001") THEN 
            div_reg <= "00000000";     
         ELSE 
            div_reg <= div_reg + "00000001";     
         END IF; 
      END IF; 
   END PROCESS; 

   PROCESS(clk,rst)  --分頻得到8倍波特率的時鐘 
   BEGIN 
       
      IF (NOT rst = '1') THEN 
         clkbaud8x <= '0';     
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN 
         IF (div_reg = div_par - "00000001") THEN 
            clkbaud8x <= NOT clkbaud8x;     
         END IF; 
      END IF; 
   END PROCESS; 

   PROCESS(clkbaud8x,rst) 
   BEGIN 
      IF (NOT rst = '1') THEN 
         div8_rec_reg <= "000";     
      ELSE IF(clkbaud8x'EVENT AND clkbaud8x = '1') THEN 
         IF (recstart = '1') THEN  --接收開始標志 
            div8_rec_reg <= div8_rec_reg + "001";--接收開始后，時隙數在8倍波特率的時鐘下加1循環     
         END IF; 
   END IF; 
      END IF; 
   END PROCESS; 

   PROCESS(clkbaud8x,rst) 
   BEGIN 
      IF (NOT rst = '1') THEN 
         div8_tras_reg <= "000";     
      ELSE IF(clkbaud8x'EVENT AND clkbaud8x = '1') THEN 
         IF (trasstart = '1') THEN 
            div8_tras_reg <= div8_tras_reg + "001";--發送開始后，時隙數在8倍波特率的時鐘下加1循環     
 
   
 
--------------------------------------------------------------------------------
   
          END IF; 
   END IF; 
      END IF; 
   END PROCESS; 

   PROCESS(div8_rec_reg) 
   BEGIN 
      IF (div8_rec_reg = "111") THEN 
         clkbaud_rec <= '1'; ---在第7個時隙，接收使能信號有效，將數據打入    
      ELSE 
         clkbaud_rec <= '0';     
      END IF; 
   END PROCESS; 

   PROCESS(div8_tras_reg) 
   BEGIN 
      IF (div8_tras_reg = "111") THEN 
         clkbaud_tras <= '1';  --在第7個時隙，發送使能信號有效，將數據發出   
      ELSE 
         clkbaud_tras <= '0';     
      END IF; 
   END PROCESS; 

   PROCESS(clkbaud8x,rst) 
   BEGIN 
      IF (NOT rst = '1') THEN 
         txd_reg <= '1';     
         trasstart <= '0';     
         txd_buf <= "00000000";     
         state_tras <= "0000";     
         send_state <= "000";          
      ELSE IF(clkbaud8x'EVENT AND clkbaud8x = '1') THEN 
         IF (NOT key_entry1= '1') THEN 
               txd_buf <= "01110111";   --"w"  
          else
            CASE state_tras IS 
               WHEN "0000" =>  --發送起始位 
                        IF ((NOT trasstart='1') AND (send_state < "111") ) THEN 
                           trasstart <= '1';     
                        ELSE 
                           IF (send_state < "111") THEN 
                              IF (clkbaud_tras = '1') THEN 
                                 txd_reg <= '0';     
                                 state_tras <= state_tras + "0001";     
                              END IF; 
                           ELSE 
                              state_tras <= "0000";     
                           END IF; 
                        END IF; 
               WHEN "0001" => --發送第1位 
                        IF (clkbaud_tras = '1') THEN 
                           txd_reg <= txd_buf(0);     
                           txd_buf(6 DOWNTO 0) <= txd_buf(7 DOWNTO 1);     
                           state_tras <= state_tras + "0001";