同步FIFO应用实例（基于DE10-Standard的UART收发间的缓冲，含按键消抖、直接数字频率合成DDS）

 本文演示借用网上Crazybingo的案例uart_fifo_design（下载地址 https://www.eeworm.com/dl/849005.html）

在这基础上进行了局部修改（将Altera fifo IP 替换成手写同步fifo 模块sync_fifo.v，修改工程FPGA器件为DE10-Standard对应器件5CSXFC6D6F31C6）得到uart_sync_fifo_design（下载地址：https://pan.baidu.com/s/1UjXFZRedF22G9wEQKXvoiA 提取码: tera），下面讲解案例结构以及下板演示。

uart_sync_fifo_design工程是一个基于FPGA的UART FIFO通信系统，功能是：接收PC端从串口来的数据，并存入FIFO，然后通过按键触发从FIFO读出数据并通过UART发送出去。

 

 

 工程一共有7个模块：uart_sync_fifo_design.v、system_ctrl.v、key_scan.v、clk_generator.v、uart_receiver.v、uart_transfer.v、fifo_read_write.v，下面对每个模块功能进行简单介绍。

uart_sync_fifo_design.v（顶层模块）

该模块是整个项目的顶层，负责例化并连接所有子模块。它将系统时钟、外部复位、按键输入、UART接收引脚（fpga_rxd）作为输入，输出UART发送引脚（fpga_txd）。内部通过 system_ctrl.v产生延迟复位信号，clk_generator.v 提供波特率时钟和采样时钟，uart_receiver.v 接收数据并存入FIFO，key_scan.v 检测按键事件，fifo_read_write.v 根据按键从FIFO读出数据并通过 uart_transfer.v 发送出去，实现接收存储—按键触发—回传的完整链路。

system_ctrl.v（上电延迟复位模块）

该模块产生一个延迟约100ms后释放的同步复位信号 sys_rst_n。它通过计数器对50MHz时钟计数5,000,000个周期，在计数完成前保持复位有效，完成后释放复位，同时使用两级寄存器将复位释放与时钟同步，确保系统在电源和时钟稳定后再开始工作，避免上电初期的不稳定状态影响逻辑。

key_scan.v（按键消抖与事件检测模块）

该模块对两位按键输入 key_data（低电平有效）进行消抖处理。当检测到按键状态稳定且非空闲（不等于2'b11）时，启动20ms计时；计时满后产生一个单周期脉冲 key_flag，并锁存当前的按键组合值 key_value。输出脉冲经过边沿检测后提供给上层，作为触发FIFO读操作的事件信号，确保每次按键只触发一次有效动作。

clk_generator.v（波特率时钟发生器）

该模块采用DDS（直接数字频率合成）原理，基于50MHz系统时钟生成两个脉冲时钟：clk_bps（波特率时钟，115200Hz）和 clk_smp（16倍采样时钟，1.8432MHz）。通过两个32位累加器分别累加频率控制字，取累加器最高位产生方波，再经边沿检测转换为单周期脉冲，为UART发送和接收提供精确的位定时与过采样使能信号。

uart_receiver.v（UART接收模块）

该模块以 clk_smp 作为采样使能，对串行输入 rxd 进行16倍过采样。检测到起始位后，在每位的中点（第8个采样点）采样8位数据，并在接收完停止位后产生 rxd_flag 脉冲，同时输出接收到的字节 rxd_data。该脉冲用于通知上层模块将数据写入FIFO，实现串行数据的并行化接收。

uart_transfer.v（UART发送模块）

该模块在 txd_en 信号有效时启动发送，以 clk_bps 作为位时钟使能，按UART协议逐位发送起始位（0）、8位数据（LSB first）和停止位（1）。发送完成后产生 txd_flag 脉冲，通知上层模块当前帧已发送完毕。输出 txd 为串行数据线，直接连接到FPGA的UART发送引脚。

fifo_read_write.v（FIFO读写控制模块）

该模块例化了一个同步FIFO（sync_fifo.v，本实验里面已经将之前的深度参数从8改到256了），并实现了一个状态机来管理数据的写入和读出。写入侧：当 rxd_flag 有效且FIFO未满时，将接收数据写入FIFO。读出侧：当检测到按键触发（key_flag=1 且 key_value=2'b01）且FIFO非空时，状态机依次进入使能、读取、等待发送完成、判断是否继续读取的循环，将FIFO中的数据逐一读出并通过 txd_en 和 txd_data 交给发送模块，实现“按键触发—逐字节发送—直到FIFO空”的自动回传功能。

 

引脚分配：

 

连接开发板（具体的硬件连接可参考https://mp.weixin.qq.com/s/_OfobIYCPNhmmRdOXqFdfw ）：

 

 

下板验证：

打开串口助手，设置波特率115200、数据位8、停止位1、无校验。在串口助手中发送任意字节或字符串，然后按下DE10-Standard的KEY2按键，，观察串口助手是否收到相同的数据回显。