FPGA学习笔记之 ADC_549模块

Posted 2020-07-02

1.ADC_549模块的时序知识.

2.ADC_549模块的核心代码.

3.ADC_549模块的使用.

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1.ADC_549模块的时序知识.

(1)时序图

从上面的红色画圈的地方是我们总结出的几个需要重点注意的地方：
1. CS 有效时（低），需要等待1.4us才可以读取第一位数据
2. 连续读完8位数据后需要等待17us的时间才可以进行下一次数据的读取，这段时间就是AD芯片内部进行模数转换的时间.

3.数据的读取要在每个ADC_CLK的上升沿.

 

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(2)状态转换图

 

(1)ADC_IDLE 状态是一个初始状态.
(2)ADC_READY 是我们为了满足CS有效时的第一个1.4us的延期状态.
(3)ADC_READ 是读ADC转换后数据的状态，8个时钟的上升沿逐位移入ADC数据线上的8位串行数据.
(4)ADC_CONV 是ADC正在转换数据需要消耗的时间，是17us，请看datasheet中的时序图.

(5)ADC_FINISH 是ADC驱动结束的状态标志.

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2.ADC_549模块的核心代码.

ADC_549的核心代码涉及三大部分：状态机、输出引脚的控制、内部逻辑部分

(1)状态机

//ADC_549状态机

`define ADC_CLK_TIME    10‘h15
`define    ADC_READY_TIME    10‘h31
`define ADC_CONV_TIME    10‘h360


always @ (posedge SYSCLK or negedge RST_B)
begin
  if(!RST_B)
    ADC_CTL_CS    <= `UD ADC_IDLE;
  else
    ADC_CTL_CS    <= `UD ADC_CTL_NS;
end


always @ (*)
begin
  case(ADC_CTL_CS)
    ADC_IDLE    : ADC_CTL_NS = ADC_READY;
    
    ADC_READY    : if(TIME_CNT == `ADC_READY_TIME) //改变宏定义中的部分可以改变延时的长度
                ADC_CTL_NS = ADC_READ;
              else
            ADC_CTL_NS = ADC_CTL_CS;          
    
    ADC_READ    : if((BIT_CNT == 4‘h8) && (!ADC_CLK) &&(TIME_CNT == `ADC_CLK_TIME))
                ADC_CTL_NS = ADC_CONV;
              else
            ADC_CTL_NS = ADC_CTL_CS;
    
    ADC_CONV    : if(TIME_CNT == `ADC_CONV_TIME)
                ADC_CTL_NS = ADC_FINISH;
              else
            ADC_CTL_NS = ADC_CTL_CS;
    
    ADC_FINISH    : ADC_CTL_NS = ADC_IDLE;
   
    default    : ADC_CTL_NS = ADC_IDLE;
  endcase
end

(2)输出引脚的控制

//ADC_CS
always @ (posedge SYSCLK or negedge RST_B)
begin
  if(!RST_B)
    ADC_CS    <= `UD 1‘h1;
  else
    ADC_CS    <= `UD ADC_CS_N;
end

always @ (*)
begin
  if(ADC_CTL_CS == ADC_READY)
    ADC_CS_N     = 1‘h0;
  else if(ADC_CTL_CS == ADC_CONV)
    ADC_CS_N     = 1‘h1;
  else
    ADC_CS_N     = ADC_CS;
end

//ADC_CLK
always @ (posedge SYSCLK or negedge RST_B)
begin
  if(!RST_B)
    ADC_CLK    <= `UD 1‘h0;
  else
    ADC_CLK    <= `UD ADC_CLK_N;
end

always @ (*)
begin
  if((BIT_CNT == 4‘h8) && (!ADC_CLK))
    ADC_CLK_N     = 1‘h0;
  else if((ADC_CTL_CS == ADC_READ) && (!ADC_CLK) && (TIME_CNT == `ADC_CLK_TIME))   //这里ADC_CTL_CS == ADC_READ与TIME_CNT == `ADC_CLK_TIME相差一个系统时钟周期，不可能同时出现
    ADC_CLK_N     = 1‘h1;
  else if((ADC_CTL_CS == ADC_READ) && (ADC_CLK) && (TIME_CNT == `ADC_CLK_TIME))
    ADC_CLK_N    = 1‘h0;
  else
    ADC_CLK_N    = ADC_CLK;
end


//SEND_FINISH;
assign ADC_NEW  = (ADC_CTL_CS == ADC_FINISH);
assign ADC_DATA = SHIFT_REG;

(3)内部逻辑控制

//Some control singal.
//First,time count.
always @ (posedge SYSCLK or negedge RST_B)
begin
  if(!RST_B)
    TIME_CNT    <= `UD 10‘h0;
  else
    TIME_CNT    <= `UD TIME_CNT_N;
end

always @ (*)
begin
  if(ADC_CS != ADC_CS_N)      //****这部分比较难****
    TIME_CNT_N   = 10‘h0;
  else if(ADC_CLK != ADC_CLK_N)
    TIME_CNT_N   = 10‘h0;
  else if(ADC_CTL_CS != ADC_CTL_NS)
    TIME_CNT_N   = 10‘h0;
  else
    TIME_CNT_N   = TIME_CNT + 10‘h1;
end

//Second, bit count, 12bit of all.
always @ (posedge SYSCLK or negedge RST_B)
begin
  if(!RST_B)
    BIT_CNT    <= `UD 4‘h0;
  else
    BIT_CNT    <= `UD BIT_CNT_N;
end

always @ (*)
begin
  if(ADC_CTL_CS == ADC_FINISH)
    BIT_CNT_N     = 4‘h0;
  else if((!ADC_CLK) && (ADC_CLK_N))  //这个就是很典型的ADC_CLK上升沿出现的条件
    BIT_CNT_N    = BIT_CNT + 4‘h1;
  else
    BIT_CNT_N    = BIT_CNT;
end

//移位寄存器，存储每个ADC_CLK上升沿到来时ADC传来的数据
always @ (posedge SYSCLK or negedge RST_B)
begin
  if(!RST_B)
    SHIFT_REG    <= `UD 8‘h0;
  else
    SHIFT_REG    <= `UD SHIFT_REG_N;
end

always @ (*)
begin
 if((!ADC_CLK) && (ADC_CLK_N))
    SHIFT_REG_N  = {SHIFT_REG[6:0] , ADC_DAT};     //移位寄存的核心代码
  else
    SHIFT_REG_N  = SHIFT_REG;
end

ADC_549驱动模块代码特点：

1.类SPI通信模块，基本的SPI通信都与此类似.

2.也只用一个变量TIME_CNT来安排每个状态的长度，但是与串口通信的区别是，串口通信的状态转换条件BAUD_RATE都是步调一致，跨度一致，而SPI的状态长度可以自己使用宏定义，不过涉及到位数的都会使用一个BIT_CNT的变量

3.涉及到的变量：（内部）状态机ADC_CTL_CS、状态长度TIME_CNT、数据位数BIT_CNT、移位寄存器SHIFT_REG

                       （输出）ADC数据驱动时钟ADC_CLK、ADC数据获取使能端ADC_CS

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3.ADC_549模块的使用.

添加ADC_549模块的V文件，并在要使用此模块的工程中添加代码

//Instance TLC549 controller.
ADC_549_CTL I_ADC_549_CTL
    (
    .SYSCLK        (SYSCLK),
    .RST_B        (RST_B),

    .ADC_CLK    (ADC_CLK),
    .ADC_DAT    (ADC_DAT),
    .ADC_CS        (ADC_CS),

    .ADC_DATA    (ADC_DATA),     //这里是ADC采集来的数据，不过要加一个带使能端的二选一选择器才能得到正确AD数据，使能端接ADC_NEW
    .ADC_NEW    (ADC_NEW)
    );

至此完成ADC_549驱动模块的编写.