基于FPGA与MCU通信的SPI接口设计.doc

摘要:SPI总线作为一种同步串行外围设备接口，是Motorola首先在其MMC68HCXX系列处理器上定义的。它可以使得MCU与各种外围设备以串行方式来进行数据的发送和传输，达到通信的目的。因此可直接与各个厂家生产的多种外围器件直接相连，而不需要其他的附加连接设备，从而减少了通信的成本。它的芯片的引脚上面只需要用杜邦线连接四个接口，节约了芯片的引脚，同时为PCB的布局节省了空间，提供了很大便利。正是处于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议；FPGA与传统的ASIC技术相比，它更加的灵活，可移植性更强，因此使得用户在操作中更加方便快捷。在这种架构之下，应用FPGA来构建SPI通信接口是切实可行的。

本课题选用的核心控制器是采用ALTERA 公司的CycloneIV芯片EP4CE6E22C8N作为核心最小系统的FPGA核心板，它是一款基于EP4CE6E22C8N为主控芯片的FPGA核心板，该核心板的控制代码采用Verilog HDL语言来编写，MCU部分选用的是意法半导体公司生产的8位单片机，它具有3级流水线的哈佛结构。本部分的控制代码选择用C语言编写。在硬件设计方面，STM8单片机核心板设置了4位LED显示灯，来显示SPI通信的数据发送与接收情况,该部分通过ST-LINK仿真器利用STVD软件下载程序代码，FPGA核心板则通过供电线和JATG下载程序进行工作。

关键词：FPGA；MCU；SPI通信

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1选题的背景与意义-1

1.2 FPGA技术介绍及原理分析-1

1.3课题主要内容以及目标-2

2 SPI介绍及原理分析-4

2.1 SPI总线协议介绍及时序分析-4

2.2 SPI工作模式介绍及分析-5

2.3 SPI传输模式介绍及分析-5

2.4 SPI协议举例-7

3 系统硬件设计-8

3.1系统设计要求-8

3.1.1系统设计总体框图及分析-8

3.1.2系统开发选用资源-8

3.2 FPGA核心板部分硬件设计-9

3.2.1 FPGA核心板部分的供电系统设计-9

3.2.2 FPGA核心板部分的JTAG下载部分设计-10

3.2.3 FPGA核心板部分的外设连接设计-11

3.3 STM8部分硬件设计-12

3.3.1 STM8部分的主芯片部分设计-12

3.3.2 STM8部分的供电及下载部分设计-12

3.3.3 STM8部分的LED显示设计-13

3.3.4 ST-Link /V2仿真调试器及连接示意图分析-14

4 系统软件设计-16

4.1边沿检测电路的FPGA实现-16

4.1.1边沿检测的电路实现-16

4.1.2边沿检测电路的Verilog VHDL实现-16

4.2 SPI通信模块设计以及仿真-17

4.2.1 SPI通信模块接收设计以及仿真-17

4.2.2 SPI通信数据发送模块设计以及仿真-19

4.3 STM8部分的主函数设计-20

5 系统调试过程及结果分析-22

结    论-24

参考文献-25

附录A原理图和PCB-26

附录B 程序代码-30

致    谢-40