FPGA Vivado-TLC549驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)介紹

在生活中，數(shù)模轉(zhuǎn)換的例子到處可見(jiàn)。但是在我們做FPGA設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，但是，不是所有的信號(hào)都是以數(shù)字信號(hào)的形式體現(xiàn)的，比如光信號(hào)、聲信號(hào)、電信號(hào)等等。那么此時(shí)就需要我們先進(jìn)行一下模數(shù)轉(zhuǎn)換之后再進(jìn)行處理。在此，我們將介紹一款模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC549。

TLC549是一款串行總線控制的8bit模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，封裝如下圖：

管腳說(shuō)明：

芯片特征:

1、8bit A/D轉(zhuǎn)換器。

2、最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為17us。

3、供電3V~6V之間。

4、低功耗最大功率為15mW。

在官方手冊(cè)中，對(duì)此芯片有這樣的一段描述:

在這段描述中，大致說(shuō)出了這個(gè)芯片的一些控制。比如：TLC548和TLC549都是8bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這個(gè)芯片使用I/O CLOCK和CS_N來(lái)控制數(shù)據(jù)。TLC548的I/O CLOCK最大頻率為2.048MHz，TLC549的I/O CLOCK最大頻率為1.1MHz。

在這段描述中可以看出，AD芯片的數(shù)據(jù)輸出，需要在I/O CLOCK和CS_N的控制下才能進(jìn)行。

芯片示意圖:

從圖中可以看出，參考電壓是模數(shù)轉(zhuǎn)換的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，CS_N和I/O CLOCK給到邏輯控制和輸出計(jì)數(shù)。數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)輸出寄存器給到一個(gè)并串轉(zhuǎn)換的模塊。DATA_OUT數(shù)據(jù)是給到我們的FPGA的，所以，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)需要做的就是輸出CS_N和I/O CLOCK的波形，同時(shí)，將給進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)采到。

上圖為驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖，可以看到，當(dāng)數(shù)據(jù)輸出的時(shí)候，CS_N為低電平，總共輸出8bit，輸出完之后，CS_N拉高。我們?cè)谧鲵?qū)動(dòng)時(shí)?？梢詫⒁淮无D(zhuǎn)換過(guò)程看成一個(gè)周期，后續(xù)也是重復(fù)過(guò)程。那么，我們就需要搞清楚每段時(shí)間的要求，有助于我們寫驅(qū)動(dòng)。

在上圖中，我們可以知道:

1、CS_N從拉低到第一bit數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上的時(shí)間最大為1.4us。

2、CS_N從拉低到第一個(gè)時(shí)鐘上升沿出現(xiàn)，時(shí)間最小為1.4us。

3、I/O CLOCK頻率最大為1.1MHz。為了方便計(jì)算，我們采取1MHz。

4、Tconv轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為17us。

5、CS_N拉高時(shí)間最小為17us。

在知道了以上信息后，我們開(kāi)始寫驅(qū)動(dòng)，首先新建一下工程。

選擇好之后點(diǎn)擊完成，新建文件寫代碼。

代碼如下：

1   module TLC549_driver(
2     
3     input   wire          clk,
4     input   wire          rst_n,
5     
6     output  reg           ad_clk,
7     output  reg           ad_cs_n,
8     input   wire          ad_data,
9     
10    output  reg    [7:0]  data
11  );
12
13    parameter   t = 1300;
14
15    reg     [10:0]    cnt;
16    reg     [7:0]     data_temp;
17    
18    always @ (posedge clk, negedge rst_n)
19    begin
20    if(rst_n == 1'b0)
21      cnt <= 11'd0;
22    else if(cnt == t - 1)
23      cnt <= 11'd0;
24    else
25      cnt <= cnt + 1'b1;
26    end
27    
28    always @ (posedge clk, negedge rst_n)
29    begin
30    if(rst_n == 1'b0)
31      begin
32      ad_clk <= 1'b0;
33      ad_cs_n <= 1'b1;
34      data_temp <= 8'd0;
35      data <= 8'd0;
36      end
37    else
38      case(cnt)
39      0   : begin ad_cs_n <= 1'b0; ad_clk <= 1'b0; end
40      74  : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[7] <= ad_data; end
41      99  : begin ad_clk <= 1'b0; end
42      124 : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[6] <= ad_data; end
43      149 : begin ad_clk <= 1'b0; end
44      174 : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[5] <= ad_data; end
45      199 : begin ad_clk <= 1'b0; end
46      224 : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[4] <= ad_data; end
47      249 : begin ad_clk <= 1'b0; end
48      274 : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[3] <= ad_data; end
49      299 : begin ad_clk <= 1'b0; end
50      324 : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[2] <= ad_data; end
51      349 : begin ad_clk <= 1'b0; end
52      374 : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[1] <= ad_data; end
53      399 : begin ad_clk <= 1'b0; end
54      424 : begin ad_clk <= 1'b1; data_temp[0] <= ad_data; end
55      449 : begin ad_clk <= 1'b0; ad_cs_n <= 1'b1; end
56      1299: begin data <= data_temp; end
57      default : ;
58      endcase
59    end
60    
61  endmodule

代碼寫好之后，我們做一下仿真看一下數(shù)據(jù)能否被正確采集，代碼如下：

1   `timescale 1ns / 1ps
2 
3   module TLC549_driver_tb;
4 
5     reg         clk;
6     reg         rst_n;
7     
8     wire        ad_clk;
9     wire        ad_cs_n;
10    reg         ad_data;
11    
12    wire  [7:0] data;
13    
14    initial begin
15    clk = 0;
16    rst_n = 0;
17    ad_data = 0;
18    #100;
19    rst_n = 1;
20    #1000;
21    ad_data = 1;     //10100110
22    #1000;
23    ad_data = 0;
24    #1000;
25    ad_data = 1;
26    #1000;
27    ad_data = 0;
28    #1000;
29    ad_data = 0;
30    #1000;
31    ad_data = 1;
32    #1000;
33    ad_data = 1;
34    #1000;
35    ad_data = 0;
36    #20000;
37    $stop;
38    end
39
40    always #10 clk = ~clk;
41    
42    TLC549_driver TLC549_driver_inst(
43    
44    .clk          (clk),
45    .rst_n        (rst_n),
46    
47    .ad_clk       (ad_clk),
48    .ad_cs_n      (ad_cs_n),
49    .ad_data      (ad_data),
50    
51    .data         (data)
52  );
53    
54  endmodule

編譯無(wú)誤，打開(kāi)波形觀察。