本文詳細(xì)介紹基于Terasic FPGA開發(fā)板TSP(又名C5P和OSK)和其板載CP2102N USB-UART橋接芯片的串口通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用Verilog HDL編寫UART收發(fā)控制器，通過CP2102N實(shí)現(xiàn)FPGA與PC間的快速穩(wěn)定通信。

1CP2102N簡(jiǎn)介及其驅(qū)動(dòng)安裝

查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)TSP_v.x.x.x_SystemCDDatasheetUart_to_USBcp2102n-datasheet.pdf可知CP2102N關(guān)鍵特性：

支持300bps至3Mbps波特率

內(nèi)置USB 2.0全速控制器

自動(dòng)波特率檢測(cè)和信號(hào)極性控制

3.3V UART接口電平，與FPGA直接兼容

在之前文章1-串行通信基礎(chǔ)知識(shí)提到在使用UART轉(zhuǎn)USB口之前，主機(jī)需要安裝串口驅(qū)動(dòng)程序，在操作系統(tǒng)中創(chuàng)建一個(gè)虛擬串口（如 COM3）。這樣，上位機(jī)軟件就可以像操作傳統(tǒng)串口一樣，通過這個(gè)虛擬串口與 FPGA 通信了。

當(dāng)TSP開發(fā)板的串口J6口插到PC的USB口以后，電腦設(shè)備管理器會(huì)出現(xiàn)如下設(shè)備：

右擊選中CP2102N USB to UART Bridge Controller設(shè)備，選擇更新驅(qū)動(dòng)程序（P）：

然后選擇瀏覽我的電腦以查找驅(qū)動(dòng)程序（R）：

CP2102N的PC端驅(qū)動(dòng)文件在TSP_v.x.x.x_SystemCDToolserial_driver（該壓縮包在友晶官網(wǎng)下載）路徑下， 比如您的電腦當(dāng)前版本是Win10， 事先解壓win10文件夾下的CP210x_Universal_Windows_Driver.zip壓縮包到當(dāng)前路徑，然后將驅(qū)動(dòng)路徑指到剛解壓的文件路徑：

在點(diǎn)擊下一步后會(huì)彈出驅(qū)動(dòng)安裝成功窗口，最后點(diǎn)擊關(guān)閉按鈕即可：

安裝以后PC設(shè)備管理器如下：

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TSP的串口硬件電路

TSP的串口硬件電路圖如下：

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串口代碼設(shè)計(jì)與功能仿真

代碼設(shè)計(jì)思想?yún)⒖?-基于FPGA開發(fā)板DE23-Lite的串口通信設(shè)計(jì) （FT2232H），Quartus工程下載：參見本文末，本工程使用Quartus 17.1 Lite版本，仿真（仿真設(shè)置步驟請(qǐng)參考06-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)-ModelSim仿真與Matlab模擬信號(hào)產(chǎn)生）結(jié)果如下：

引腳分配如下：

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串口設(shè)計(jì)下板驗(yàn)證

測(cè)試之前硬件連接如下：

連接串口J6 到PC；

用USB Blaster線纜連接開發(fā)板和PC；

連接12V電源到開發(fā)板；

將sof配置文件下載到開發(fā)板：

先從設(shè)備管理器里面找到當(dāng)前串口的名稱：

然后雙擊putty.exe打開串口調(diào)試工具:

點(diǎn)擊Serial設(shè)置串口為COM10，波特率設(shè)置為115200，停止位設(shè)置為1，然后點(diǎn)擊Session:

點(diǎn)擊 Session以后出現(xiàn)如下界面，點(diǎn)擊Open打開串口：

發(fā)送任意字符：

然后查看串口接收到的字符是否與之一致：

備注：

基于TSP(C5P/OSK)的例程下載地址：

通過網(wǎng)盤分享的文件：TSP_UART.rar

鏈接:https://pan.baidu.com/s/1iY0f5ef2YXWrHaXl_6q_xA提取碼: tera