一、准备及目标

采用的元器件：T型口数据线2；总线1；USB Blaster1；FPGA板子1；HC-05蓝牙模块*1。
使用的软件：手机：蓝牙串口SPP；电脑：Quartus。
实现的目标：手机输入一段信息，通过蓝牙传递信息给FPGA，FPGA收到信息后，再将该信息通过蓝牙传递回手机。
如图：

二、为什么要写这么一篇文章

太菜了QAQ，好多网上的东西看不懂，理解了UART，但是找不到一个基于UART且读得懂的代码。所有我把我的东西放在这里，恳请广大网友批评指正的同时，也帮助一些像我一样菜的同学理解一下蓝牙的串口协议。

三、原理

1、UART（异步收发传输器）串口协议

（1）为什么需要UART串口协议？
信息的传递有串行（异步）和并行（同步）两种。同步传输快但需要的线多，异步需要的线少但传输慢。以异步进行信息传递的叫UART，把异步信息和同步信息进行转换的标准叫串口协议。这个标准保证传递的信息时正确的。
（2）UART串口协议的原理：
这个不赘述，找到两个很棒的资料：
1、这个是文字的，细的一批—— FPGA——UART Verilog程序设计
2、这个是bilibili的视频，很直观——【Electronoobs】UART-I2C-SPI 基本串行通信协议 1080P （中英字幕）

2、手机、蓝牙、FPGA

当我给FPGA装上蓝牙模块后，我会很自然的认为信息的传递发生在手机和FPGA之间，这么想会给编程带来一定阻力。这种想法需要纠正为信息的传递发生在蓝牙模块和FPGA之间：手机和蓝牙连接上后相当于一个整体，里面流通的信息是一致的，而对他们而言，FPGA才是外部。所以我需要把蓝牙模块的输出（tx）所连接的FPGA上的引脚定义为（rx），蓝牙模块的输出（rx）所连接的FPGA上的引脚定义为（tx），即蓝牙模块的输入是FPGA的输出，蓝牙模块的输出是FPGA的输入。

3、实物连接

这个不难：

四、代码

代码很非常丑陋且基础，但毕竟自己写的，读得懂：

1、主模块：

module bluetooth(input sys_clk,input rx,output tx,output wire[1:0]led
);                                                                              //sys_clk为系统板载时钟（50MHz），rx对应蓝牙模块的tx，tx对应蓝牙模块的rx；led是我设置来判断读入数据错没错的wire[7:0]message;                                                          //message为读入的数据wire sig;                                                                    //sig是读入的完成信号，下降沿表示读入完成，同时作为输出的开始信号uart_r uart_r_1(.clk(sys_clk),.rx(rx),.message(message),.over(sig));       //读入uart_t uart_t_1(.clk(sys_clk),.tx(tx),.message(message),.run(sig));         //输出assign led[0]=message[0];                                                  //这两个看数据最后两位存的对不对的assign led[1]=message[1];
endmodule

2、输入模块：

module uart_r(input clk,input wire rx,output reg [7:0]message,output reg over=0
);                                                      //clk为FPGA板载时钟（50MHz），rx为读入的串行信号，message为对应的并行信号，over的下降沿将表示读入转换完成reg [12:0]cnt_clk=0;                              //需要一个量来数clk的个数，每5208个clk，对应0.104us，即波特率9600对应的1bit占用的时常reg [4:0]cnt_message=0;                               //计数message的位数，表征传递进行到了第几位reg [7:0]message_mid=0;                               //message的前体，在over的下降沿传递给message，避免传递没结束，message就有输出值了reg r_start=1;                                      //判断第一个0位，表示传递开始always @(posedge clk)beginif (rx==0&&r_start==1) begincnt_clk<=cnt_clk+1;if (cnt_clk==2604&&rx==0) beginr_start<=0;cnt_clk<=0;cnt_message<=0;message_mid<=0;endend                                             //判断是否为开始位，是时开始计算clk，数2604下（0.5bit）即在开始位中间，开始读数else if (r_start==0) begincnt_clk<=cnt_clk+1;if (cnt_clk==5208) begin                    //每5208个clk读一次message_mid[cnt_message]<=rx;cnt_message<=cnt_message+1;cnt_clk<=0;end                                               else if (cnt_message==8) begin                //读完第8位不读了if (cnt_clk==3000) begin                //在数据位第8位的中间往右走2604个clk进入终止位（默认无奇偶校验位），在终止位中（往右走3000个clk和5000个clk之间）输出一个over信号over<=1;endif (cnt_clk==5000) begin              //over下降沿，传递完成，message_mid赋值给message，所有信号还原over<=0;cnt_clk<=0;cnt_message<=0;r_start<=1;message<=message_mid;message_mid<=0;endendend                                              //开始读数，每5208个clk读一次else beginr_start<=1;over<=0;endendendmodule

3、输出模块：

module uart_t(input wire [7:0]message,input clk,output reg tx=1,input wire run);                                                                    //大致思路与输入类似，tx连接蓝牙的rx，注意run信号为开始信号，连接的输入的over信号reg [12:0]cnt_clk=0;reg [4:0]cnt_message=0;reg t_start=1;always @(posedge clk) beginif (run==1&&t_start==1) begint_start<=0;cnt_clk<=0;endelse if (run==0&&t_start==0&&cnt_message==0) begin              //在run的下降沿开始输出tx<=0;cnt_clk<=cnt_clk+1;if (cnt_clk==5208) begintx<=message[cnt_message];cnt_clk<=0;cnt_message<=1;t_start<=0;endendelse if (cnt_message>=1) begincnt_clk<=cnt_clk+1;if (cnt_clk==5208) begincnt_clk<=0;if (cnt_message==8) begintx<=1;t_start<=1;cnt_message<=0;endelse begintx<=message[cnt_message];cnt_message<=cnt_message+1;endendendelse begintx=1;endend
endmodule

4、测试模块

`timescale 1ps/1ps
module testbench (output reg clk,output reg tx,input rx,input [1:0] led
);reg [23:0]i;initialbeginclk=0;for(i=0;i<668900;i=i+1)#10   clk=~clk;endinitial begintx=1; #200000 tx=0; #104200 tx=1; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200tx=0; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200 tx=0; #104200 tx=0; #104200 tx=1; #104200tx=1;endbluetooth blue1(.sys_clk(clk),.tx(rx),.rx(tx),.led(led));
endmodule

5、仿真效果

一个小Tip，Add Waves之后课以通过这一排按钮重新加载波形：

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