Advertisement

基于FPGA的SPI通信——与STM32交互的Verilog实现(1): FPGA开发.pdf

  •  5星
  •     浏览量: 0
  •     大小:None
  •      文件类型：PDF

简介：
本PDF文档详细介绍了如何使用Verilog语言在FPGA上实现SPI通信接口，并通过该接口与STM32微控制器进行数据交换的基础知识和实践方法。 本段落主要介绍了FPGA作为从机与STM32进行SPI协议通信的实现方法，包括对SPI协议的基本介绍、如何在FPGA上实现SPI3模式以配合STM32通信以及部分Verilog测试代码。 一、SPI协议简要介绍 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速、全双工同步通信接口，在嵌入式系统和单片机中广泛应用。它由Motorola公司推出，具有时钟线SCK、数据输入线MOSI及数据输出线MISO三个信号端口。主要特点包括：可以同时发送接收串行数据；支持主机或从机模式操作；提供可编程频率的时钟设置；具备发送结束中断标志等特性。SPI总线提供了四种工作模式（SP0, SP1, SP2, SP3），其中SPI0和SPI3是应用最为广泛的两种。 二、FPGA作为从机实现SPI3模式与STM32通信 在STM32端，使用库函数配置SPI1接口，并设置CPOL=1及CPHA=1。而在FPGA端，则通过边沿检测技术获取SCK信号的上升和下降沿标志以用于数据采样或发送操作。根据时序图设计了两个状态机，在SCK上升沿进行数据采样、在下降沿完成数据传输，且无论是读取还是写入都是高位优先（从Bit[7]到Bit[0]），共8位的数据长度。 三、Verilog代码部分测试程序 该段Verilog代码示例了如何让STM32每隔200毫秒发送流水灯控制信息给FPGA，使后者板上的四个LED实现动态变化效果；同时，FPGA每秒钟向STM32回传一次计数值，并在LCD屏上显示从0到9的循环数字。需要注意的是，这里展示的代码仅限于SPI作为从机驱动程序的部分内容，包括数据发送和接收功能。 spi模块中采用了SPI 3模式设置（CHOL = 1, CHAL = 1），并定义了clk、rst_n、CS_N、SCK及MOSI等输入信号以及输出端口MISO。通过边沿检测技术来识别SCK的上升沿与下降沿，以确保数据采样和发送操作准确无误地进行。

全部评论 (0)

还没有任何评论哟~
客服
客服
客服关闭
  • 基于FPGA的SPI通信——与STM32交互的Verilog实现(1): FPGA开发.pdf
    优质
    本PDF文档详细介绍了如何使用Verilog语言在FPGA上实现SPI通信接口，并通过该接口与STM32微控制器进行数据交换的基础知识和实践方法。 本段落主要介绍了FPGA作为从机与STM32进行SPI协议通信的实现方法，包括对SPI协议的基本介绍、如何在FPGA上实现SPI3模式以配合STM32通信以及部分Verilog测试代码。 一、SPI协议简要介绍 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速、全双工同步通信接口，在嵌入式系统和单片机中广泛应用。它由Motorola公司推出，具有时钟线SCK、数据输入线MOSI及数据输出线MISO三个信号端口。主要特点包括：可以同时发送接收串行数据；支持主机或从机模式操作；提供可编程频率的时钟设置；具备发送结束中断标志等特性。SPI总线提供了四种工作模式（SP0, SP1, SP2, SP3），其中SPI0和SPI3是应用最为广泛的两种。 二、FPGA作为从机实现SPI3模式与STM32通信 在STM32端，使用库函数配置SPI1接口，并设置CPOL=1及CPHA=1。而在FPGA端，则通过边沿检测技术获取SCK信号的上升和下降沿标志以用于数据采样或发送操作。根据时序图设计了两个状态机，在SCK上升沿进行数据采样、在下降沿完成数据传输，且无论是读取还是写入都是高位优先（从Bit[7]到Bit[0]），共8位的数据长度。 三、Verilog代码部分测试程序 该段Verilog代码示例了如何让STM32每隔200毫秒发送流水灯控制信息给FPGA，使后者板上的四个LED实现动态变化效果；同时，FPGA每秒钟向STM32回传一次计数值，并在LCD屏上显示从0到9的循环数字。需要注意的是，这里展示的代码仅限于SPI作为从机驱动程序的部分内容，包括数据发送和接收功能。 spi模块中采用了SPI 3模式设置（CHOL = 1, CHAL = 1），并定义了clk、rst_n、CS_N、SCK及MOSI等输入信号以及输出端口MISO。通过边沿检测技术来识别SCK的上升沿与下降沿，以确保数据采样和发送操作准确无误地进行。
     
  • 基于FPGA的SPI通信与STM32对接——Verilog代码实现
    优质
    本项目介绍如何使用Verilog语言在FPGA平台上实现SPI通信协议，并成功将其与STM32微控制器进行数据交互。通过详细设计和验证，展示了高效硬件接口的设计流程和技术要点。 SPI是Serial Peripheral Interface的缩写，意为串行外围设备接口。SPI是一种高速、全双工和同步通信总线，在芯片管脚上仅占用四根线，节省了芯片引脚数量，并在PCB布局中节约空间，提供便利。由于其简单易用的特点，越来越多的芯片集成了这种通信协议。
     
  • 基于FPGA的SPI通信协议实现（Verilog）
    优质
    本项目采用Verilog硬件描述语言，在FPGA平台上实现了SPI通信协议，旨在提高数据传输效率与可靠性，适用于嵌入式系统和物联网设备。 这段文字描述了一个包含主机发送模块和从机接收模块的代码文件。主机发送32位16进制数（一位一位发送），工作在模式0。压缩文件内的代码可以直接运行，并附带testbench文件，可以在modelsim中进行仿真。此代码基于论坛上某位网友的作品改编而来，但找不到原作者了。使用状态机编写主机的发送模块；由于项目仅需主机发送功能，从机接收模块未实现32位处理，不过代码风格清晰易懂，便于修改和复写。
     
  • 基于FPGA的串口通信Verilog开发实现
    优质
    本项目旨在通过FPGA平台利用Verilog硬件描述语言设计并实现高效的串行通信协议。该项目不仅涵盖了基本的数据传输功能，还深入探讨了同步、错误检测与纠正等高级特性，为嵌入式系统和数字通信领域提供了强大的开发工具。 在电子设计领域，FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以自定义硬件电路的可编程逻辑器件。本项目专注于使用Verilog HDL语言，在Xilinx的Libero开发平台上实现串行通信接口UART（通用异步收发器）。UART是一种广泛应用的串口通信协议，适用于各种嵌入式系统和设备之间的数据传输。 掌握Verilog HDL至关重要。这是一种用于数字系统描述的语言，允许设计者以结构化的方式表达电路逻辑，并便于硬件仿真、综合以及布局布线。在本项目中，Verilog被用来定义UART的逻辑功能，包括波特率发生器、发送器、接收器及控制逻辑。 实现UART主要包括以下几个核心组件： 1. **波特率发生器**：确定了数据传输的速度。通常使用计数器生成所需的时钟信号。 2. **发送器**：将并行数据转换为串行形式进行传输，涉及移位寄存器和控制逻辑以确保正确处理起始、数据、校验及停止位等信息。 3. **接收器**：接收串行输入并将之转回并行格式。它需要同步输入信号，并检测起止位来解析完整的数据包。 4. **控制逻辑**：管理发送与接收过程，包括握手信号处理（如RTSCTS、DTRDSR）、错误检测及中断生成等。 在Libero开发环境中，项目流程通常如下： 1. 编写Verilog代码实现UART功能； 2. 使用仿真工具验证设计的功能性； 3. 将Verilog代码转化为门级网表以进行综合处理； 4. 完成布局与布线优化性能和面积使用； 5. 下载配置文件到FPGA，并通过硬件测试评估实际效果。 此项目展示了如何利用Verilog及FPGA实现串口通信功能，非常适合嵌入式系统设计者或数字逻辑设计学习者参考。它有助于深入理解数据传输协议、FPGA工作原理以及Verilog HDL的设计技巧。
     
  • 基于FPGA的SPI通信实现
    优质
    本项目探讨了在FPGA平台上实现SPI通信的方法和技术，详细介绍了硬件设计与软件配置，展示了高效的数据传输应用。 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种广泛应用在微控制器与外部设备间通信的串行接口标准，具有高速、低功耗以及简单的硬件结构特点。在FPGA设计中实现SPI通信可以利用其并行处理能力来高效地与其他外设进行交互。 本项目采用VHDL语言实现了SPI通信程序，这是一种用于描述数字系统逻辑功能和行为的硬件描述语言。VHDL的优势在于清晰的语法结构与强大的抽象能力，适合于复杂的FPGA设计工作。 在SPI通信中通常包含四个信号线：SCLK（时钟）、MISO（主设备输入，从设备输出）、MOSI（主设备输出，从设备输入）和SS（片选信号）。其中，由主设备控制时钟与片选信号的生成；而从设备则根据接收到的时钟信号来发送或接收数据。 具体到VHDL实现SPI通信的关键步骤包括： 1. **SPI控制器模块**：这是设计的核心部分，负责产生SCLK以及管理MISO和MOSI的数据读写操作。它通常通过状态机的形式进行工作流程控制。 2. **SPI时钟发生器**：此组件用于生成合适的SCLK以满足通信需求。这可以通过分频FPGA内部的主时钟来实现，从而获得所需的SPI频率。 3. **移位寄存器**：在数据传输过程中起到关键作用，负责存储待发送或已接收的数据，并与MOSI和MISO线同步进行逐位传输操作。 4. **片选信号管理**：当需要同时控制多个从设备时，为每个设备提供独立的SS信号，并通过逻辑电路确保每次只有一个被激活。 5. **接口适配**：根据具体需求可能还需要对电平或数据格式等进行转换。例如SPI通常使用TTL电平而FPGA内部可能是LVDS标准；同时还要考虑适应不同的字长要求，如SPI常见的8位宽度与更宽的内部总线之间的匹配。 在实际设计中可能会增加错误检测、CRC校验和握手协议等功能以增强通信可靠性，并且为了方便调试可以添加监控信号等辅助功能。文件名“MJC---SPI”可能表示这是一个关于SPI通信的设计模块或库，其中包含了上述各部分VHDL代码实现及相关测试验证材料。 通过完成这样的项目不仅可以掌握FPGA设计的基础技能，还能深入理解串行通信协议的细节，为开发更多的嵌入式系统应用奠定坚实基础。
     
  • 基于FPGA的Verilog语言SPI通信协议实现
    优质
    本项目探讨了利用Verilog硬件描述语言在FPGA平台上实现SPI通信协议的方法和技术。通过详细设计和验证，展示了高效的硬件接口通讯解决方案。 该资源的SPI_salver部分主要参考了博客内容，并进行了部分调整。SPI_master部分完全由我自己编写，并且我还添加了一个testbench文件，在Vivado平台上完成了仿真并通过了K7硬件验证。建议在下载前先阅读我的相关博客文章。
     
  • 基于Verilog的FPGA与铁电存储器SPI通信实现
    优质
    本项目采用Verilog语言在FPGA上实现了与铁电存储器通过SPI接口进行数据通信的功能设计和验证。 SPI工作在模式3下与铁电存储器FM25V01进行通信，实现了存储器的读写功能，并已在实验板上成功实现。
     
  • 基于Verilog的FPGA与DS18B20通信实现
    优质
    本项目采用Verilog语言编写程序，在FPGA平台上实现了与DS18B20温度传感器的数据通信功能，展示了硬件描述语言在嵌入式系统中的应用。 FPGA与测温芯片DS18B20的通信实现采用Verilog语言编写。该项目包含经过实际验证的工程、实验报告以及详细的DS18B20资料，非常适合快速了解相关内容。
     
  • 基于STM32和FPGA的16位SPI通信
    优质
    本项目基于STM32微控制器与FPGA实现高效16位SPI通信，探讨了硬件设计、接口配置及数据传输优化技术，适用于高速数据处理场景。 STM32与FPGA通信采用的是16位SPI协议。使用的微控制器是STM32F103ZET6，编程语言为Verilog。
     
  • 基于Verilog的SPI通信FPGA编程设计，适用于FPGA新手及需要使用SPI的开发者
    优质
    本教程详细介绍在FPGA上利用Verilog实现SPI通信的设计方法，适合初学者和有特定SPI应用需求的技术人员。 基于Verilog的SPI通信FPGA程序设计 很多外设都支持 SPI 串行接口，比如常用的串并转换芯片74HC595以及米联客的 FEP 扩展 ADC 模块 DAQ7606 等设备也使用了这种接口。作为一种标准接口，SPI 被广泛应用于各种场景中。本段落详细讲解 SPI 协议在 FPGA 设计中的实现，并提供一个基于 Verilog 的设计案例，帮助读者提高FPGA编程能力。 ### 一、SPI通信协议简介 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速的全双工同步串行接口，主要用于微控制器和外围设备之间的通信。它最初由Motorola提出，在众多应用场景中得到了广泛应用。 ### 二、SPI接口的基本特性 1. **工作模式**：通常采用主从式架构，支持多从机应用但只允许单一主机。 2. **数据传输方式**：以位为单位进行传输，并且高位在前低位在后（MSB first）。 3. **数据速率**：现代SPI接口的数据率可达到几Mbps甚至更高。 ### 三、SPI接口的物理层结构 SPI 接口由以下四根信号线构成： - MOSI (Master Out Slave In)：主设备输出，从设备输入。 - MISO (Master In Slave Out)：主设备输入，从设备输出。 - SCLK (Serial Clock)：时钟信号，由主机提供。 - SS (Slave Select)：从机选择线，用于激活或禁用特定的从机。 ### 四、SPI通信的关键特性——时钟极性和相位 在 SPI 通讯中, 配置时钟极性和相位是关键。这决定了数据采样时刻和总线空闲状态： 1. **CPOL (Clock Polarity)**：确定 SCLK 在空闲状态下电平（高或低）。 - 当 CPOL=0，SCLK 空闲为低； - 当 CPOL=1，SCLK 空闲为高。 2. **CPHA (Clock Phase)**：定义数据采样发生在时钟边沿的位置： - CPHA=0，在 SCLK 的第一个边缘（根据 CPOL）进行采样。 - CPHA=1，则在第二个边沿处完成数据读取。 ### 五、SPI通信的数据传输过程 在一个 SPI 周期内，通过 MOSI 和 MISO 线双向传递一位数据。随着时钟脉冲的增加，主设备和从设备之间的寄存器中的数据会进行交换。 ### 六、SPI通信的Verilog实现 下面给出一个简单的基于 Verilog 的 SPI 发送模块代码示例： ```verilog module master_spi_tx#( parameter CPOL = 1b0, parameter CPHA = 1b0 )( input clk_i, // 输入时钟信号 output spi_tx_o, // MOSI 输出线 output spi_clk_o, // SCK 输出线 input spi_tx_en_i, // 发送使能信号 input [7:0] spi_tx_data_i, // 待发送的数据（8位） ); // SPI时钟分频单元 parameter [9:0] SPI_DIV = 10d499; // 分频值假设为50MHz时钟频率 parameter PSET = CPHA ? 1b1 : 1b0; reg [9:0] clk_div; always @(posedge clk_i) begin if (clk_div < SPI_DIV) clk_div <= clk_div + 1b1; end // 更多代码实现细节... ``` ### 七、总结 本段落介绍了SPI通信的基本概念及其在FPGA设计中的应用，通过Verilog语言的实例演示了如何进行SPI接口的设计。理解这些基础知识对于初学者来说非常重要，并且能够帮助他们更好地理解和调试基于 SPI 的系统。 SPI作为一种常用的通讯方式，在 FPGA 设计中具有广泛的应用前景。希望读者能从本段落中学到关于 SPI 通信的核心知识，并将其应用在实际项目当中。