面向FPGA入门者的第九课：多字节数据的发送与接收

本课程旨在通过简洁明了的讲解与实例，使初学者能够轻松掌握FPGA技术，不仅注重实践操作，更深入理解背后的原理。每个工程都配有全自动化的仿真环境，仅需双击top_tb.bat文件，便能完成整个仿真过程，显著降低了学习门槛。如需获取完整工程，欢迎留言索要，无需任何费用，但请仅用于学习和参考，避免商业用途。

在前几课中，我们学习了如何使用计数器实现UART单字节数据的发送与接收，并初步理解了状态机的概念。本节课将在此基础上，探讨多字节数据的通讯方式，以及如何确保数据传输的准确性。

多字节数据的传输可以通过将数据分解为单字节数据，然后依次通过UART发送模块进行发送来实现。接收端则将接收到的单字节数据组合起来，获取完整信息。虽然逻辑思路简单，但在实际应用中，确保数据的正确性和完整性是关键。为此，我们需要添加额外的冗余信息，如帧头、长度、校验位和帧尾等，其中帧头是必不可少的定位标志，便于接收端正确采集有效数据。

课程要求设计一个系统时钟为100MHz、低电平复位的UART通信系统，用于传输4字节数据。为了确保数据传输的正确性，每帧数据应包含帧头（5a）、数据长度（4）、以及帧尾（a5）等信息。UART的波特率设置为115200，同时支持奇偶校验位，采用偶校验。

设计中，首先将要传输的数据拆分成单字节，并通过状态机控制发送流程。状态机按照发送帧头、数据长度、数据（每个字节）、以及帧尾的顺序进行操作。然而，传统设计方式存在局限性，例如数据长度变化时，需要重新设计状态机，增加了代码量与设计复杂性。为解决这一问题，课程提出了一种更为灵活的实现方法，即将发送数据的状态合并，通过计数器动态跟踪发送进度，有效提高了代码的通用性。

接收状态机的实现同样遵循类似的逻辑，通过状态机的跳转与数据处理，确保接收到的数据符合预期格式。整个过程中，状态机与逻辑电路的结合，使得数据发送与接收模块的设计变得清晰而高效。

课程最后通过具体的模块设计与实例演示，展示了如何通过寄存器、状态机参数及三段式设计方法，实现数据发送与接收功能。发送模块通过参数传递控制数据长度、帧头与帧尾的传输，接收模块则通过检测信号变化及状态机逻辑，实现数据的正确接收。顶层文件uart_top整合了发送与接收模块，通过参数传递实现功能集成。

课程实例中，通过生成随机数进行仿真测试，验证了设计功能的正确性。最终，经过编译与下载至FPGA内部，设计可以实现稳定运行，充分展示了使用计数器与状态机模块进行复杂功能实现的潜力。

通过本课程的学习，入门FPGA编程的门槛被大大降低。如果你能够熟练掌握本节课所学内容，并通过实践验证其正确性，那么你不仅已经入门FPGA，而且已经达到了一般FPGA开发者的基本水平。希望这些知识能为你在FPGA领域的探索之旅提供坚实的基础。