✎ 基于usart的arm与fpga通信实验 []

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|  V1.0  |  2020-07-01  |  gingko  |  初次建立  |

===== 实验十二： UART通信实验 =====

==== 一、 实验目的与意义 ====
  - 掌握UART协议及实现方法。
  - 掌握QuartusII的使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - iTool3（串口TTL）[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Blaster（或相同功能）仿真器。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - Quartus开发平台。
  - 电脑一台。
==== 三、 实验原理 ====
  * UART（通用异步收发器）是一种通用串行数据总线，用于异步通信，可实现全双工传输和接收，是做硬件开发时常用的一种硬件接口。USART（通用同步异步收发器）在UART的基础上增加了同步功能，即USART是UART的增强型，异步通信的时候和UART没有区别。     
  * UART通信具有两根信号线，一根用于发送数据，一根用于接收数据。然而数据的传输是按照字节进行传输的，因此在发送时需要将并行数据转换成串行数据，接收时需要将串行数据转换成并行数据。
  * UART通信传输是以帧位单位的，每帧数据有4部分构成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。以8位字长的串口发送数据帧为例，其帧协议如图16.1所示，从图中可以看到，初始状态时，传输线上为高电平，在持续一个比特的低电平之后，是发送的有效数据。之后是至少一个比特高电平的停止位。
{{ :icore4:icore4_fpga_12_1.png?direct |图12-1}}
  * 在UART通信中有一个重要的参数，即波特率，它表征了串口的传输速度，表示1秒内传输的二进制位的个数，波特率越大速度越快，反之，越慢。
  * UART接线原则：RX←—→TX,TX←—→RX。
  * 本实验通过FPGA建立的USART模块对外提供RXD、TXD接口，与STM32的TXD、RXD串口I/O相连接，Commix串口精灵与STM32连接，实现三者之间的通信。本实验中，Commix串口精灵向STM32发送数据，STM32的RXD端口接收数据，然后，通过TXD端口把数据发送至FPGA，STM32起到一个桥梁作用。程序运行后，FPGA定时向STM32发送数据，经过STM32发送至串口精灵显示出来。下图为实验原理图。
{{ :icore4:icore4_fpga_12_2.png?direct&600 |图12-2}}
==== 五、实验步骤 ====

* 1.把仿真器与iCore4的SWD调试口连接（直接相连或者通过转换器相连）；
  * 2.将USB-Blaster与iCore4的JTAG调试口相连；
  * 3.将跳线帽插在USB_UART；
  * 4.把iCore4（USB_UART）通过Micro USB线与计算机相连，为iCore3供电；
  * 5.打开Commix串口精灵,找到对应端口打开。操作如下图。
图12-3
{{ :icore4:icore4_fpga_12_4.png?direct |图12-4}}
  * 6.打开QuartusII开发环境，并打开实验工程；
{{ :icore4:icore4_fpga_12_5.png?direct |图12-5}}
  * 7.将FPGA程序下载至iCore4上；
  * 8.打开Keil MDK开发环境，并打开实验工程；
{{ :icore4:icore4_fpga_12_6.png?direct |图12-6}}
  * 9.将ARM程序烧录到iCore4上；
  * 10.在串口精灵上输入串口命令，观察实验现象；

==== 六、实验现象 ====

* 按照下表发送串口命令，输入对应的命令并发送后，对应的FPGA和ARM灯亮，同时，串口精灵上定时接显示：GINGKO\CR。

|串口发送命令格式	|ARM_LED现象	|FPGA_LED现象|
|ledr\cr\lf	|红灯亮	|红灯亮|
|ledb\cr\lf	|蓝灯亮	|蓝灯亮|
|ledg\cr\lf	|绿灯亮	|绿灯亮|

编辑摘要

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