Test de communication Arduino-FPGA: De Uno à Basys 3

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Test de communication Arduino-FPGA: De Uno à Basys 3

Table des matières

1. Introduction

2. Configuration de l'Arduino

3. Le convertisseur de niveau logique

4. Le code Arduino

5. Le code Verilog

6. Le fichier de contraintes

7. Mise en place sur la carte

8. Vérification de la tension

9. Communication Arduino - FPGA

10. Conclusion

🤖 Communication entre Arduino et FPGA : Utilisation d'un convertisseur de niveau logique

Lors de la conception d'un système qui combine une carte Arduino et un FPGA, il est essentiel d'utiliser un convertisseur de niveau logique pour assurer une communication fiable et sécurisée. Dans cet article, nous allons explorer comment utiliser un convertisseur de niveau logique pour relier un Arduino à un FPGA. Nous verrons également les codes Arduino et Verilog nécessaires et discuterons des avantages et des inconvénients de cette méthode de communication.

1. Introduction

Un FPGA (Field-Programmable Gate Array) est un circuit intégré qui peut être programmé après sa fabrication pour exécuter différentes tâches. L'Arduino, d'autre part, est un microcontrôleur programmable qui est très populaire pour les projets électroniques de bricolage. L'utilisation combinée de ces deux plateformes peut créer des systèmes polyvalents et puissants. Cependant, il est important de comprendre les différences de niveau logique entre l'Arduino et le FPGA et de prendre des mesures pour s'assurer que la communication entre les deux se fait correctement.

2. Configuration de l'Arduino

Avant de pouvoir connecter l'Arduino au FPGA, nous devons configurer l'Arduino pour générer un signal compatible avec le FPGA. Dans notre exemple, nous utilisons un sketch Arduino simple qui fait clignoter une LED à intervalles réguliers. Pour cela, nous devons configurer la broche appropriée de l'Arduino en tant que sortie et programmer le sketch pour générer un signal de fréquence appropriée.

3. Le convertisseur de niveau logique

Étant donné que l'Arduino fonctionne avec une logique de 5 volts et le FPGA avec une logique de 3,3 volts, il est important d'utiliser un convertisseur de niveau logique pour connecter les deux. Le convertisseur de niveau logique agit comme un pont entre les deux systèmes en convertissant les signaux de tension de l'Arduino en signaux compatibles avec le FPGA. Assurez-vous d'utiliser un convertisseur de niveau logique bi-directionnel pour permettre une communication dans les deux sens.

4. Le code Arduino

Le code Arduino est responsable de la génération du signal qui sera transmis au FPGA. Dans notre exemple, nous utilisons un sketch Arduino simple qui génère un signal de fréquence fixe en faisant clignoter une LED connectée à une certaine broche de l'Arduino.

// Code Arduino pour générer un signal de fréquence fixe

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT); // Configure la broche 13 en tant que sortie
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH); // Allume la LED
  delay(500); // Attend 500 ms
  digitalWrite(13, LOW); // Éteint la LED
  delay(500); // Attend 500 ms
}

Assurez-vous de télécharger ce code sur l'Arduino avant de procéder à la connexion avec le FPGA.

5. Le code Verilog

Le code Verilog est responsable du traitement du signal reçu du microcontrôleur et de l'affichage du résultat sur l'écran. Dans notre exemple, nous utilisons un module Verilog qui comprend un afficheur sept segments et un compteur. Chaque impulsion du signal reçu incrémente le compteur et affiche la valeur actuelle sur l'afficheur.

// Code Verilog pour le traitement du signal en provenance de l'Arduino

module Communication_arduino_fpga(
  input wire tick_in,
  output wire [6:0] segments,
  output wire anode
);

  reg [3:0] counter = 4'b0000; // Compteur à 4 bits

  always @(posedge tick_in)
  begin
    counter <= counter + 1; // Incrémente le compteur à chaque impulsion
    anode <= 1'b0; // Active l'afficheur
  end

  always @(counter)
  begin
    case(counter)
      4'b0000: segments <= 7'b111_1110; // Affiche 0
      4'b0001: segments <= 7'b011_0000; // Affiche 1
      4'b0010: segments <= 7'b110_1101; // Affiche 2
      4'b0011: segments <= 7'b111_1001; // Affiche 3
      4'b0100: segments <= 7'b011_0011; // Affiche 4
      4'b0101: segments <= 7'b101_1011; // Affiche 5
      4'b0110: segments <= 7'b101_1111; // Affiche 6
      4'b0111: segments <= 7'b111_0000; // Affiche 7
      4'b1000: segments <= 7'b111_1111; // Affiche 8
      4'b1001: segments <= 7'b111_0011; // Affiche 9
      4'b1010: segments <= 7'b111_0111; // Affiche A
      4'b1011: segments <= 7'b001_1111; // Affiche B
      4'b1100: segments <= 7'b100_1110; // Affiche C
      4'b1101: segments <= 7'b011_1101; // Affiche D
      4'b1110: segments <= 7'b100_1111; // Affiche E
      4'b1111: segments <= 7'b100_0111; // Affiche F
      default: segments <= 7'b000_0000; // Éteint tous les segments
    endcase
  end

endmodule

Ce code Verilog est responsable de la gestion du signal reçu de l'Arduino et de l'affichage des valeurs sur l'afficheur sept segments.

6. Le fichier de contraintes

Afin de configurer correctement le FPGA, un fichier de contraintes est nécessaire. Ce fichier spécifie les broches FPGA qui sont utilisées pour la communication avec l'Arduino et l'afficheur sept segments. Assurez-vous de suivre les instructions spécifiques du fabricant du FPGA pour créer le fichier de contraintes correctement.

7. Mise en place sur la carte

Une fois que vous avez téléchargé le code Arduino sur l'Arduino et programmé le FPGA avec le code Verilog, vous êtes prêt à connecter les deux cartes. Assurez-vous d'utiliser le convertisseur de niveau logique pour relier les broches appropriées de l'Arduino au FPGA. Connectez également l'alimentation et la masse de chaque carte pour assurer une bonne communication.

8. Vérification de la tension

Avant de connecter le FPGA au système complet, il est recommandé de vérifier les niveaux de tension à l'Aide d'un voltmètre. Connectez les broches appropriées du convertisseur de niveau logique à la source de tension correspondante et vérifiez les lectures pour vous assurer que les tensions sont correctes. Cela garantit qu'aucune tension excessive n'est appliquée au FPGA, ce qui pourrait l'endommager.

9. Communication Arduino - FPGA

Maintenant que tout est correctement configuré et connecté, vous pouvez commencer à communiquer entre l'Arduino et le FPGA. Chaque impulsion du signal généré par l'Arduino incrémente le compteur du FPGA et affiche la valeur actuelle sur l'afficheur sept segments. Vous pouvez tester différentes fréquences en modifiant le code Arduino et observer les résultats sur l'afficheur.

10. Conclusion

La combinaison d'un Arduino et d'un FPGA offre de nombreuses possibilités pour créer des systèmes électroniques polyvalents et puissants. En utilisant un convertisseur de niveau logique pour relier les deux cartes, vous pouvez assurer une communication fiable et sécurisée entre l'Arduino et le FPGA. Avec les codes Arduino et Verilog fournis, vous pouvez commencer à explorer cette méthode de communication et développer des projets plus avancés.

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