3.4串口通信-明德扬至简设计法原理与应用（2）
第4节 综合工程和上板
4.1 新建工程
打开软件Quartus Ⅱ，点击“File”下拉列表中的New ProjectWzard...新建工程选项，如下图所示。
图3.4-28Quartus新建工程
然后会出现Quartus新建工程介绍，如下图所示，直接点击“Next”。
图3.4-29Quartus新建工程介绍
此时会出现的是工程文件夹、工程名、顶层模块名设置界面，如图3.4-30所示。设置目录为：D:/mdy_book/uart，工程名和顶层名为uart。这里再次强调，为了避免初学者使用过程中出现报错情况，强烈建议按照本书的工程名和文件名进行设置，设置完成后点击“Next”。
图3.4-30QUARTUS新建工程设置名称
新建工程类型设置选择“Empty project”，如下图所示，然后点击“Next”。
图3.4-31QUARTUS新建工程类型
文件添加界面如图3.4- 32所示，点击右侧的“Add”按钮，选择之前写好的“uart.v”文件，可以看到界面下方会显示出文件，随后点击“Next”。
图3.4-32QUARTUS添加文件
芯片型号选择界面如图3.4- 33所示，选择“Cyclone ⅣE”，在芯片型号选择处选择“EP4CE15F23C8”，之后点击“Next”。
图3.4-33QUARTUS选择芯片型号
图3.4- 34为QUARTUS
图3.4-34QUARTUS设置工具界面不必做任何修改，直接点击“Next”即可。
下图可以看到新建工程的汇总情况，点击“Finish”，完成新建工程。
图3.4-35QUARTUS新建工程汇总界面
4.2 综合
新建工程步骤完成后，就会出现如下所示的QUARTUS界面。
图3.4-36QUARTUS新建工程后界面
点击编译按钮，可以对整个工程进行编译。编译成功的界面，如图3.4- 37所示。
图3.4-37QUARTUS编译后界面
4.3 配置管脚
下面需要对相应管脚进行配置。如下图所示，在菜单栏中选中“Assignments”，然后选择“Pin Planner”，就会弹出配置管脚的窗口。
图3.4-38QUARTUS配置管脚选项
在配置窗口最下方中的“location”一列，参考信号和管脚关系，按照表3.4- 1中最右两列配置好FPGA管脚。配置管理来源参见管脚配置环节，配置结果如图3.4- 39所示。配置完成后，关闭“PinPlanner”，软件自动会保存管脚配置信息。
表3.4 - 1信号和管脚关系
图3.4-39 QUARTUS配置管脚
4.4 再次综合
再次打开“QUARTUS”软件，在菜单栏中选中“Processing”，然后选择“StartCompilation”，再次对整个工程进行编译和综合，如下图所示。
图3.4-40QUARTUS编译选项
当出现如下所示的编译成功标志时，说明编译综合成功。
图3.4-41QUARTUS编译成功标志
4.5 连接开发板
完成编译后开始进行上板调试操作，按照下图的方式，将下载器接入电脑USB接口，接上开发板电源后按下开发板下方蓝色开关，硬件连接完毕。
图3.4-42开发板连接图
4.6 上板
打开QUARTUS界面，单击界面中的 ，弹出配置界面。点击“add file”添加“.sof”文件，点击“Start”，会在“Progress”出现显示进度。
图3.4-43QUARTUS界面
当进度条到100%时提示成功，即表示上板结束。
图3.4-44QUARTUS下载程序界面
4.7 串口调试
开发板连接完成后按下电源键，随后打开电脑的设备管理器，确认串口的端口号。从下图可以看出，当前串口的端口号为COM3。
图3.4-45设备管理器显示端口号
前文提供了串口调试工具下载地址，安装完成后，打开串口调试助手，其界面如下图所示。在操作界面进行设置：在串口选项中选择端口号，这里要注意端口号的选择需要与设备管理器中端口号显示一致，即为“COM3”；波特率选项选择“9600”；校验位选项选择“无校验位”；数据位选项选择“8”；停止位选项选择“2”；注意一定要勾选“十六进制显示”和“十六进制发送”两个选项：
图3.4-46串口调试助手界面
设置好串口助手后，就可以观察发送数据的现象。在发送数据栏输入相应的数据（将8个LED灯对应的8位二进制数转化为十六进制），然后点击手动发送，即可在开发板上观察到相应的现象。可以尝试发送不同的指令，看是否可以得到相应的LED灯变化效果。特别要注意的是，指令的顺序应与小灯亮的顺序相同，如果两者不同，则需检查指令顺序是否发生输入错误。
第5节 简化版步骤分享
同样这里也会分享简化版的步骤，方便复习以及反复实操。
5.1 设计实现
5.1.1顶层信号
新建目录：D:mdy_bookuart。在该目录中，新建一个名为uart.v的文件，并用GVIM打开，开始编写代码。
确定顶层信号。本工程共需要4个信号，一个8位信号led，时钟clk，复位rst_n和串口输入信号rx_uart，工程信号和管脚关系图如下：
表3.4 - 1信号和管脚关系
写出顶层信号代码：
声明输入输出属性：
5.1.2信号设计
首先进行架构设计，串口时序图如下所示：
图3.4-2串口时序图
串口通信实现架构图如下：
图3.4-15串口通信实现架构图【去掉ns】
添加一个“flag_add”信号，从而满足计数器的加1条件。
图3.4-17补充加1条件flag_add[去掉ns]
设计计数器架构，对表示1比特位宽长度的计数器cnt0进行设计，其代码如下：
计算比特个数的计数器cnt1的设计代码如下：
rx_uart的代码如下：
flag_add的代码如下：
led代码如下：
至此，主体程序完成，下面将module补充完整。
5.1.3信号定义
定义信号类型，其中cnt0的信号定义如下：
add_cnt0 和 end_cnt0 的信号定义如下：
cnt1 的信号定义如下：
add_cnt1 和 end_cnt1 的信号定义如下：
flag_add的信号定义如下：
rx_uart_ff0、rx_uart_ff1和rx_uart_ff2的信号定义如下：
至此，整个工程的代码的设计工作已经完成，接下来新建工程，对代码进行编译综合后上板查看现象。
5.2 综合工程和上板
5.2.1新建工程
打开软件Quartus Ⅱ，点击“File”下拉列表中的New ProjectWzard...新建工程选项。
图3.4-28Quartus新建工程
直接点击“Next”：
图3.4-29Quartus新建工程介绍
此时出现的是工程文件夹、工程名、顶层模块名设置界面，完成设置后点击“Next”：
图 3.4 - 43QUARTUS新建工程设置名称
选择“Empty project”后点击“Next”。
图3.4-31QUARTUS新建工程类型
点击右侧的“Add”按钮，选择“huxiled.v”文件完成添加后点击“Next”。
图3.4-32QUARTUS添加文件
“Device family”选项中选择“Cyclone ⅣE”，“Available devices”选项下选择“EP4CE15F23C8”，随后点击“Next”。
图3.4-33QUARTUS选择芯片型号
直接点击“Next”。
图3.4-34QUARTUS设置工具界面
点击“Finish”，完成新建工程。
图3.4-35QUARTUS新建工程汇总界面
5.2.2综合
新建工程后界面如下图所示，点击“编译”。
图3.4-36QUARTUS新建工程后界面
编译成功如下图所示。
图3.4-37QUARTUS编译后界面
5.2.3配置管脚
在菜单栏中点击“Assignments”后点击“Pin Planner”，随后会弹出配置管脚的窗口。
图3.4-38QUARTUS配置管脚选项
在配置窗口“location”根据信号和管脚关系配置管脚，配置完成关闭“Pin Planner”即可自动保存配置信息。
图3.4-39QUARTUS配置管脚
表3.4–1 信号和管脚关系
5.2.4再次综合
打开“QUARTUS”软件，在菜单栏中选择“Processing”，点击“StartCompilation”再次进行综合。
图3.4-40QUARTUS编译选项
出现 QUARTUS 编译成功标志则表示编译成功。
图3.4-41QUARTUS编译成功标志
5.2.5连接开发板
下载器接入电脑 USB 接口，开发板接上电源后按下蓝色开关。
图3.4-42开发板连接图
5.2.6上板
打开QUARTUS界面，单击“ ”图标后弹出配置界面。点击“add file”添加“.sof”文件后点击“Start”，在“Progress”中会显示当前进度。
图3.4-43QUARTUS界面
如下图所示，进度条显示为100%，提示成功，即表示上板结束。
图3.4-44QUARTUS下载程序界面
5.2.7串口调试
开发板连接完成后，按下开发板的电源键，打开电脑的设备管理器并确认串口的端口号，如下图所示：
图3.4-45设备管理器显示端口号
下载本书提供的串口调试工具后，打开串口调试助手。对串口调试助手进行设置：选择端口号、波特率选“9600”、校验位选“无校验位”、数据位选“8”、停止位选“2”、一定要勾选“十六进制显示”和“十六进制发送”两个选项。
图3.4-46串口调试助手界面
在发送数据栏输入相应的数据（将8个LED灯对应的8位二进制数转化为十六进制）后点击手动发送，即可在开发板上观察现象。
第6节 扩展练习
至此整个串口通信的设计就分享完毕了。在学会整个设计之后可以展开思考，尝试发送不同的指令，看是否可以得到相应的LED灯变化效果。在基于原理不变的情况下多做一些尝试，这样可以更深刻的掌握案例，也欢迎有更好思路和想法的同学前往至简设计法论坛进行讨论。
