FPGA——实现三线SPI和UART-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了FPGA——实现三线SPI和UART。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

逻辑框图（原理图）

端口约束和ILA

ILA waveform

实测波形

串口调试工具

源代码

顶层

逻辑框图（原理图）

spi三线模式如何配置,fpga开发

FPGA和芯片之间通过三线SPI接口通信（DATA复用一个IO端口），FPGA和PC之间通过UART串口通信。
原理图包含4个模块，分别为：内建模块IBUFDS（用于将外部差分时钟转换为内部单端时钟）、UART接收模块uart_rx（用于从串口接收上位机发送的数据）、SPI收发模块spi_trx（用于将串口接收到的数据转换为SPI信号，根据芯片规定的SPI时序，FPGA发送（write）数据给芯片或从芯片回读（read）数据），UART发送模块uart_tx（用于将SPI回读到的数据从串口发给上位机）
原理图包含4个输入端口，分别为：差分时钟sys_clk_p和sys_clk_n，频率为200MHz（用于产生系统工作时钟）；复位信号rst_n；UART输入端口uart_top_input（用于接收来自串口的数据）。
原理图包含5个输出端口，分别为：3个SPI端口spi_clk/spi_csn/spi_io（用于FPGA和芯片通信）；UART输出端口uart_top_output（用于串口发送数据给上位机）；led[3:0]（用于串口调试）

端口约束和ILA

spi三线模式如何配置,fpga开发

ILA waveform

spi三线模式如何配置,fpga开发

根据不同的SPI时钟频率，需要设置不同的ILA波形采样深度，此处SPI时钟频率为1MHz，ILA采样深度设置为8192。
波形触发条件设置为信号spi_csn下降沿触发F(1 to 0 transition)。

实测波形

spi三线模式如何配置,fpga开发

串口调试工具

spi三线模式如何配置,fpga开发

自动识别串口COM7，波特率为9600，无校验位，8位数据位，1位停止位。

源代码

顶层

`timescale 1ns / 1ps
module uart_spi_v10(
input            sys_clk_p,
input            sys_clk_n,
input            rst_n,

input            uart_top_input,

   output   [3:0]    led,

output            uart_top_output,

output            spi_csn,
output            spi_clk,
inout            spi_io
);

   wire   [7:0]   uart_rx_output;

   wire   [7:0]   spi_data_rd;



   IBUFDS #(
.DQS_BIAS("FALSE") // (FALSE, TRUE)
       )
   IBUFDS_inst (
.O(clk), // 1-bit output: Buffer output
.I(sys_clk_p), // 1-bit input: Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
.IB(sys_clk_n) // 1-bit input: Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
       );

   uart_rx_v10
       #(
       .BAUD_RATE (9600)
       )
       uart_rx_v10
       (
       .clk           (clk),
       .rst_n           (rst_n),

       .uart_rx_input   (uart_top_input),

       .uart_rx_output   (uart_rx_output),
       .uart_rx_valid   (uart_rx_valid),
       .uart_rx_stop   (uart_rx_stop),

       .led           (led)
       );


   spi_trx_v10
       #(
       .FREQ_SPI_CLK (1_000_000)
       //.FREQ_SPI_CLK (10_000_000)
       )

       spi_trx_v10
       (
       .clk           (clk),
       .rst_n           (rst_n),

       // from uart_rx
       .spi_data_in   (uart_rx_output),
       .data_in_valid   (uart_rx_valid),

       // to device
       .spi_csn       (spi_csn),
       .spi_clk       (spi_clk),
       .spi_io           (spi_io),

       // to uart_tx
       .spi_data_rd   (spi_data_rd),
       .spi_rd_done   (spi_rd_done)
       );


   uart_tx_v10
       #(
       .BAUD_RATE (9600)
       )
       uart_tx_v10
       (
       .clk           (clk),
       .rst_n           (rst_n),

       .uart_tx_input   (spi_data_rd),
       .spi_rd_done   (spi_rd_done),

       .uart_tx_output   (uart_top_output)

       );

endmodule
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-702302.html