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-- 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key2，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_vector(7 downto 0); -- 數碼管使能 
      seg_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(15 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 key_entry1               :  std_logic;  --確定有鍵按下標志 
   SIGNAL key_entry2               :  std_logic;  --確定有鍵按下標志 
   --//////////////////////////////////////////////
   CONSTANT  div_par               :  std_logic_vector(15 DOWNTO 0) := "0000000100000100"; 
   --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 <="01111111" ;--7段數碼管使能信號賦值
   txd <= txd_xhdl3;   
   txd_xhdl3 <= txd_reg ;

   PROCESS(clk,rst)
   BEGIN
      
      IF (NOT rst = '1') THEN
         cnt_delay <= "00000000000000000000";    
         start_delaycnt <= '0';    
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN
         IF (start_delaycnt = '1') THEN
            IF (cnt_delay /= "11000011010100000000") THEN
               cnt_delay <= cnt_delay + "00000000000000000001";    
            ELSE
               cnt_delay <= "00000000000000000000";    
               start_delaycnt <= '0';    
            END IF;
         ELSE
            IF ((NOT key_input='1') AND (cnt_delay = "00000000000000000000")) THEN
               start_delaycnt <= '1';    
            END IF;
         END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clk,rst)
   BEGIN
      
      IF (NOT rst = '1') THEN
         key_entry1 <= '0';    
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN
         IF (key_entry2 = '1') THEN
            key_entry1 <= '0';    
         ELSE
            IF (cnt_delay = "11000011010100000000") THEN
               IF (NOT key_input = '1') THEN
                  key_entry1 <= '1';    
               END IF;
            END IF;
         END IF;
      END IF;
   END PROCESS;

   PROCESS(clk,rst)
   BEGIN
      
      IF (NOT rst = '1') THEN
         div_reg <= "0000000000000000";    
      ELSIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN
         IF (div_reg = div_par - "0000000000000001") THEN
            div_reg <= "0000000000000000";    
         ELSE
            div_reg <= div_reg + "0000000000000001";    
         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 - "0000000000000001") 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";    
         key_entry2 <= '0';    
      ELSE IF(clkbaud8x'EVENT AND clkbaud8x = '1') THEN
         IF (NOT key_entry2 = '1') THEN
            IF (key_entry1 = '1') THEN
               key_entry2 <= '1';    
               txd_buf <= "01110111";   --"w"
            END IF;
         ELSE