WIFI_ESP8266通信系统模块设计

  要求：通过手机或电脑网络调试助手给ESP8266模块发送数据，FPGA驱动ESP8266模块获取数据，并显示在底板的数码管上。

  解析：要通过ESP8266实现WIFI通信有多种方式，本实验采用方式：FPGA驱动ESP8266模块，将ESP8266配置成SoftAP模式同时配置成TCP Server，手机或电脑连接ESP8266的WIFI热点，网络调试助手TCP Client连接到ESP8266的TCP Server，并发送数据，FPGA读取ESP8266数据并处理，最后显示在8位数码管上。

  在前面串口监视系统设计实验中我们学习了UART总线的驱动原理及设计实现，本实验主要了解WIFI通信TCP协议，熟悉AT指令集，掌握ESP8266模块的配置方法，最终通过FPGA编程实现对ESP8266模块的配置应用。

  ESP8266是ai-thinker公司推出的一款无线WIFI模块，能够最终靠配置，和单片机上的串口进行通信，利用WIFI传输数据。模块内部使用乐鑫推出的低功耗高集成度的WIFI芯片，ESP8266EX内置超低功耗32位RISK处理器，CPU最高时钟频率可达160Mhz，支持实时操作系统RTOS，和WIFI协议栈，可将高达80%的解决能力留给编程与开发。

  （2）打开串口调试助手，发送“AT”(AT指令集后要换行)，发送，如果连接无误效果如下：

  （3）保险起见，我们复位一下模块，发送AT+RST，如无误如下图所示（乱码为正常现象，有返回ready即可）：

  （4）如果你在一个存在WIFI的环境下，可以将ESP8266连入路由器，并获得IP，首先，配置ESP8266的工作模式为sta，输入AT+CWMODE=1，如无误如下图所示：

  找到我们要连入的WIFI，本例中，我们连入“FHQ”，密码为123456789

  我们可以从图片中看到已经成功连入并获取到IP，你能够正常的使用AT+CWQAP来断开WIFI。

  （5）成功连入WIFI之后，我们要开始配置透传了，首先，配置连接模式为单连接：

  （8）我们在成功进入透传模式后，在串口助手中发送”hello”，如连接无误，你可以在网络调试助手端接收到“hello”。

  本实验我们将ESP8266配置成SoftAP模式，同时配置成服务器，采用下表中的指令对ESP8266模块进行配置。

  这里我们发送的各种指令，实际发送的数据为字符对应的ASCII码，所以在FPGA程序实现的时候就是要取AT指令的ASCII码值，例如”AT+RST”复位指令，通过串口调试助手发送的数据为0x41,0x54,0x2B,0x52,0x53,0x54,0x0D,0x0A，每个字符的ASCII码都是8位位宽的数据，其中0x41为A的ASCII码，0x0D和0x0A为回车换行的ASCII码， Verilog语言中使用双引号获取字符的ASCII码。

  变量char表示AT指令数据，变量num表示AT指令中包含的字符数量（包含回车和换行），程序实现如下：

  我们使用状态机的MAIN状态控制我们应该配置的所有指令数据，你可以比喻成帝王，把握整个设计的大局。

  使用AT指令集控制ESP8266模块是UART接口，我们前面串口监视系统模块设计实验详细讲解了UART通信，本实验需要例化UART模块进行数据传输，如下：

  Baud模块和UartTx模块配合完成UART发送数据的功能，前级电路通过txdatavalid和txdatain[7:0]端口将数据传递给UartTx模块，然后Uart_Tx模块将数据按照UART总线时序发送出去，框图如下：

  我们使用之前设计的UART发送模块将需要传递的数据通过UART总线发送出去，你可以比喻成士兵，是具体的执行人员。

  帝王把握整体设计，有哪些数据需要传输；士兵只会干活，UART传输实现，每次传输8位数据；我们还需要一名将军，按照帝王的要求指挥士兵达成目标。所以每当MAIN（帝王）状态跳转到TXMD（将军）状态后，TXMD状态完成对UartTx模块txdatavalid和txdata_in[7:0]端口的配置。

  到这里对ESP8266的配置已完成了，假设用手机或电脑连接该网络：STEP_FPGA，同时打开网络调试助手作为TCP Client连接TCP服务器：192.168.4.1，端口号：8686，那么就可以给ESP8266发数据了，ESP8266模块接收到WIFI数据，然后以UART总线时序发送给FPGA，FPGA需要UART总线的接收模块接收数据，所以设计中还需要对UART接收功能模块的例化，程序实现如下：

  Baud模块和UartRx模块配合完成UART接收数据的功能，UartRx模块按照UART总线时序接收数据，然后将接收到的数据通过rxdatavalid和rxdataout[7:0]端口输出给后级电路，框图如下：

  当我们连接服务器，使用网络调试助手发送数据123，ESP8266模块接收WIFI信号，并通过UART返回数据+IPD,0,3:123，如上图所示，想要将123显示在数码管上，需要对UART接收的数据来进行解析，包括两个方面， 1)接收到的数据中+IPD,0,3:部分不能显示，需要排除，只显示数据123 2)数据以ASCII码形式接收，需要解析成字符数据

  UART数据中被舍弃的数据+IPD,0,3:，我们大家可以简单的使用加号+和冒号:来控制显示的部分，例如显示冒号以后且加号以前的数据，程序实现如下

  例化扫描式数码管驱动模块，将移位寄存器缓存的多个方面数据显示在数码管上，程序实现如下：

  将设计加载到FPGA，手机或电脑WIFI连接到STEP_FPGA网络上，打开网络调试助手配置成TCP Client连接TCP服务器：192.168.4.1，端口号：8686，发送0~9的阿拉伯数字，底板数码管就能显示出来，当一次发送超过8位数据，只显示后面的8位数据。例如，网络调试助手发送数据123，数码管显示123。