基于串口调试助手的WIFI模块调试－ＦＰＧＡ简单联网（点灯）

Posted 2022-02-13 mjy2wxy

根据正点原子的《ATK-ESP8266 WIFI用户手册》，使用XCOM V2.2串口调试助手测试WIFI模块^[26]。在本系统中运用到的功能主要是TCP/IP模式中的TCP Client透传模式。发送指令的顺序如下：

1. 设置WIFI的模式为STA模式：AT+CWMODE=1。响应：OK
2. 重启使命令生效：AT+RST。响应：OK
3. 联网：AT+CWJAP="wy225","pcblab225"（连接WIFI的名称（ssid）和密码）。响应：OK WIFIconnect GOTip
4. 连接服务器：AT+CIPSTART="TCP","www.mjywxy.xin",80。响应：CONNECT OK
5. 开启透传模式：AT+CIPMODE=1。响应：OK
6. 开始透传：AT+CIPSEND。响应： OK >
7. 最后使用“+++”退出透传模式

结果如下使用GET方法，通过HTTP请求的方法发送数据，得到服务器返回的数据如下。

 

图１ WIFI调试之HTTP请求

服务器端wifi.php程序主要代码如下。

 

图２ wifi.php主要程序

第一个if判断，是否获取到数据；第二个if判断获取到数据中a的值是否是0或1。如果是则表示存储a的值到wifi.dat文件中，否则从wifi.dat文件中读取a的值返回。

 

…… FPGA-UART-WIFI

原计划UART部分使用NiosII搭建，但是使用片上ROM进行搭建系统时会提示内存不足，ELF文件下载失败。EP4CE6E22C8N只有276480bits的片上ROM。但是NiosII+UART需要27480Byte，编译显示超过片上ROM的106%内存占用率。故需用SDRAM（只买了SDRAM）作为系统的复位向量和错误向量，而NiosII与原来用Verilog写的系统要共用SDRAM，这无疑增加了系统的复杂程度，而且难以实现，故采用纯Verilog进行整个系统的编写。

…… UART_TX

为了进行串口通信，首先进行串口发送模块程序的编写。其功能是每次发送一个字节的数据（串转并），并可通过baud_set选择不同的波特率，用tx_done信号表示已经发送完成。其端口定义如下。

表1 UART发送模块端口定义

端口名	位宽	输入 / 输出	说明
clk	1	input	时钟信号50MHz
rst_n	1	input	复位信号，低电平有效
data_byte	8	input	要发送的数据
send_en	1	input	为1使能发送（一个脉冲就好）
baud_set	3	input	波特率选择端
rs232_TX	1	output	数据串行输出引脚
tx_done	1	output	发送完成标志信号
uart_state	1	output	发送状态，为1表示正在发送中

具体实现方法，包括波特率的计算、激励文件的编写等，参照《小梅哥的教学视频》

……　UART_RX

关于串口接收程序，同样参照《小梅哥的教学视频》，有波特率的选择、接收数据存储（串转并）和接收完成标志等功能。在顶层文件中例化uart的发送模块，使用“In-System Source and Probe”IP核，完成在线发送和接收功能。

表2 UART接收模块端口定义

端口名	位宽	输入 / 输出	说明
clk	1	input	时钟信号50MHz
rst_n	1	input	复位信号，低电平有效
data_byte	8	output	接收到的数据
baud_set	3	input	波特率选择端
rs232_RX	1	input	数据串行输入引脚
Rx_done	1	output	接收完成标志信号

…… UART_WIFI之自启动联网

首先发送数据到电脑上，通过串口调试助手，检测发送数据的格式是否有问题。一开始通过按键控制发送数据的内容，确认无误之后，再修改为自启动。其中，为了避免插拔的麻烦，直接定义两个相等的RX和TX引脚，故定义模块的端口如下表。

表3 UART配置WIFI自启动联网模块端口定义

端口名	位宽	输入 / 输出	说明
clk	1	input	时钟信号50MHz
rst_n	1	input	复位信号，低电平有效
key	1	input	按键
rs232_tx	1	output	数据串行输出引脚
rs232_rx	1	input	数据串行输入引脚
test_tx	1	output	方便测试用，等于rs232_tx
test_rx	1	input	方便测试用，等于rs232_rx
led	1	output	LED灯，接收到指定数据的标志

关于程序，首先初始化要发送的数据，如图7-4示。其中，由于之前连接了WIFI，模块会保存账号和密码，故可不发送WIFI账号和密码。重启之后，模块会在5秒之内自动连接到WIFI，并获得IP。

关于波特率设置，因为ESP8266每次重启之后，都会把波特率自动设置为115200，故配置UART的波特率为115200。

 

图3 自启动联网相关配置数据

需要注意的是，WIFI模块数据接收时，以十六进制的“0A 0D”表示数据接收完成，对应到程序中是“\\r\\n”。还有，发送“+++”表示退出透传模式，此时不需要“\\r\\n”，而且任何多余字符（包括空格、换行等）都不能有，否则无法退出透传模式^[26]。

另外，还有一个需要注意的点是，Verilog中必须用双引号包围字符串。且发送CIPSTART的字符串时，也必须用双引号。故此时就必须用反斜杠转义双引号。

首先，通过计数器cnt判断发送到第几字节了。由于字符串寄存器最大设置了42字节，所以当发送完第42字节时，让cnt清零。相关程序如下：

 

图4 发送完42字节清零寄存器

其中delay1s_cnt是延时1秒计数器，为了实现自动启动（发送完一个字符串之后，自动发送下一个字符串）而设置。delay5s_cnt是延时5秒计数器，目的是为了保证模块能获得IP后再操作。

接下来开始按字符串的顺序发送，其中，为了使每次都能正常退出透传模式，在程序开始，首先发送“+++”。之后，发送复位信号，使ESP8266重启，此时需要等待5秒延时，才能保证模块已获得IP，能够进行之后的数据发送。

 

图5 发送数据转换程序

由于uart_tx模块每次只能发送一个字节，所以需要一个移位寄存器来表示，每次应该发送第几个字节。相关代码如下。

 

图6 移位寄存器的实现

对于接收模块，接收完成后判断当接收到0时，让LED灯亮；接收到K时，让LED灯熄灭。实现其功能的代码如图所示。

 

图7 接收到指定字符，执行相应操作代码

将LED与单片机的舵机信号直连（使用电阻分压），即可实现WIFI控制舵机，使摄像头旋转或者停止。关于程序部分，直接例化此模块到myCamera的顶层文件即可。

…… 最终显示结果

 

图8 WIFI控制的显示结果

从图中可以看出网页可以实现对蓝色LED的亮灭控制。由于舵机控制无法从图片上提现出来，故用LED灯指示。