基于FPGA开发板DE10-Standard和T-Core的串口通信设计

本文适用于DE10-Standard、T-Core、DE1-SOC以及DE10-Nano等有GPIO引脚外扩的FPGA开发板。

串口通信协议基础知识请参考：1-串行通信基础知识

1DE10-Standard的串口设计

TSP开发板和C5G开发板分别板载了CP2102N和FT232R芯片，TSP可通过mini USB口（参考3-基于FPGA开发板OSK/TSP/C5P的串口通信设计 （CP2102N））与PC进行串口通信，C5G可通过USB Type B口与PC进行串口通信。

DE10-Standard、T-Core、DE1-SOC以及DE10-Nano等开发板FPGA端没有板载UART电路，如果想在这些开发板FPGA端验证串口通信设计，可以通过这些板子的两根GPIO pin 去外接一个简单的USB-TO-TTL模块来实现。

该USB-TO-TTL模块的核心是CH340芯片，它是一款专用的USB转UART桥接芯片。其功能是解决计算机USB接口与微控制器等设备串口之间的通信协议与电平不匹配问题。该芯片不仅能将USB协议转换为标准的UART串行数据，还完成了USB电平和TTL电平之间的转换，从而在电脑上创建一个虚拟串口，实现便捷可靠的通信连接。

下面是CH340电路图：

安装CH340驱动后，电脑就能通过USB接口与外部设备进行串口通信。可到官网下载其驱动 https://www.wch.cn/downloads/CH341SER_EXE.html 然后双击CH341SER.EXE安装包将驱动安装到您的PC。

驱动安装完成后，在电脑设备管理器可以看到如下设备（先连接好模块与开发板到PC）：

接下来拿DE10-Standard举例：

代码设计思想参考2-基于FPGA开发板DE23-Lite的串口通信设计 （FT2232H），Quartus工程下载：见本文末，本工程使用Quartus 17.1 Lite版本，仿真（仿真设置请参考06-基于FPGA和LTC2308的数字电压表设计-ModelSim仿真与Matlab模拟信号产生）结果如下：

DE10-Standard引脚分配如下： 

测试之前硬件连接如下：

USB-TO-TTL模块上面有5V和3.3v的pin，利用跳线帽设置TTL为3.3v；

GPIO槽的pin 30是GND pin，接USB-TO-TTL模块的GND；

GPIO[0]，FPGA串口接收端，接USB-TO-TTL模块的TXD pin(下图中黄色线)；

GPIO[1]，FPGA串口发送端，接USB-TO-TTL模块的RXD pin(下图中橘色线)；

连接12V电源到开发板；

用USB Blaster线缆连接开发板和PC；

为了方便找到GPIO[0]和GPIO[1]的方位，请参考下面图：

GPIO插槽的pin1 是方形焊盘：

最终连接图如下：

将sof配置文件下载到开发板：

先从设备管理器里面找到当前串口的名称：

然后打开串口调试工具，设置串口为COM4，波特率设置为115200，停止位设置为1，发送任意字符，然后查看串口接收到的字符是否与之一致：

2

T-Core的串口设计

T-Core 开发板上有一个 2×6 的扩展接口 TMD（Terasic Mini Digital）。TMD 扩展接口有 8 个数字 GPIO 用户引脚连接到 MAX 10 FPGA，还有两个引脚连接到电源、两个引脚连接到 GND。有两个瞬态电压抑 制二极管阵列用于实现对 8 个 GPIO 用户引脚的防静电和过压保护。下图 为 T-Core 开发板 TMD 扩展 接口和 FPGA 之间的连接示意图。

T-Core 开发板没有 UART 接口，将具有 UART 接口的 SIF 子卡连接到 T-Core 开发板上的 TMD 扩展接 口，则可在 T-Core 开发板上实现 UART 串口收发功能。T-Core 开发板与 SIF 子卡的实物连接如图所示：

SIF子卡的插针接口定义如下：

T-Core的TMD接口：

uart对应引脚如下：

代码设计思想参考2-基于FPGA开发板DE23-Lite的串口通信设计 （FT2232H），T-Core的Quartus工程下载：见本文末，本工程使用Quartus 17.1 Lite版本，仿真（仿真设置请参考06-基于FPGA和LTC2308的数字电压表设计-ModelSim仿真与Matlab模拟信号产生）结果跟上面DE10-Standard一样。

修改引脚分配如下：

下载到开发板测试现象如下：

基于DE10-Standard的例程下载地址：https://pan.baidu.com/s/1iY0f5ef2YXWrHaXl_6q_xA 提取码: tera

基于T-core的例程下载地址：https://pan.baidu.com/s/19gNv459JM0dczBWw30hjBw 提取码: tera