FPGA Verilog HDL 设计实例系列连载------AD转换（ADC0809）

单片机

本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:59 编辑

Verilog HDL 之 AD转换

　　AD转换就是模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。我们所用的模数转换芯片是ADC0809。

　　ADC0809 8通道8位a/d转换器,ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。如图3.1所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　图3.1 ADC0809的内部结构和引脚定义

　　如何学会使用一个自己曾经没有用过的芯片，最重要的是要学会看它的芯片手册，以及它的时序图。下面我们将看看是如何根据它的时序图完成对芯片的驱动的。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3.2 ADC0809时序图

　　原理（好好理解一下，这样才能很好的根据时序图写出代码。）：START为转换启动信号。当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OUTPUTENABLE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ（程序中会有体现）。

Verilog HDL实现

实现步骤请参照 FPGA Verilog HDL 设计实例系列连载--------8-3编码器

设计文件输入Verilog HDL代码。

//-------------------------------------------------------------------------------------------------
//
// File : ADC0809.v
// Generated : 2011-07-21
// Author : wangliang
//
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
`timescale 1 ns / 1 ps
module ADC0809 ( seven_seg ,ale ,OE ,D ,EOC ,clk ,abc_in ,abc_out ,start ,rst );
input clk ; //系统时钟
input [2:0] abc_in ; //外部控制的通道选择信号
input [7:0] D ; //ADC0809传进来的数据
input EOC ; //ADC0809转换完成信号标志
input rst ; //系统复位
output [15:0] seven_seg ; //FPGA给数码管的数据
output ale ; //FPGA给ADC0809的地址锁存信号
output OE ; //FPGA给ADC0809的使能信号
output [2:0] abc_out ; //FPGA给ADC0809的通道选择信号
output start ; //ADC0809 转换开始信号
parameter st0 = 3'b000,
st1 = 3'b001,
st2 = 3'b010,
st3 = 3'b011,
st4 = 3'b100,
st5 = 3'b101,
st6 = 3'b110 ;
reg [2:0] p_state ;
reg [2:0] n_state ;
reg ale_r ;
reg OE_r ;
reg start_r ;
reg [7:0] reg1 ;
reg [7:0] qq ;
wire [2:0] state ;
assign state = p_state ;
always @ (posedge clk or negedge rst)
begin
if ( rst== 1'b0 ) begin
p_state <= st0 ;
qq <= 8'b0 ;
end
else begin
qq <= qq + 1'b1;
if ( ( qq >= 8'b0100_0010) && ( clk == 1'b1 ) ) begin
qq <= 8'b0;
p_state <=#1 n_state;
end
end
end
assign ale = ale_r ;
assign OE = OE_r ;
assign start = start_r ;
assign abc_out = abc_in ;
always @ ( EOC ,p_state )
begin
case ( p_state )
st0 :begin
ale_r <= #1 1'b0;
start_r <= #1 1'b0;
OE_r <= #1 1'b0;
n_state <=#1 st1;
end
st1 :begin
ale_r <= #1 1'b1;
start_r <= #1 1'b0;
OE_r <= #1 1'b0;
n_state <=#1 st2;
end
st2 :begin
ale_r <= #1 1'b0;
start_r <= #1 1'b1;
OE_r <= #1 1'b0;
n_state <=#1 st3;
end
st3 :begin
ale_r <= #1 1'b0;
start_r <= #1 1'b0;
OE_r <= #1 1'b0;
if ( EOC == 1'b1 )
n_state <=#1 st3;
else
n_state <=#1 st4;
end
st4 :begin
ale_r <= #1 1'b0;
start_r <= #1 1'b0;
OE_r <= #1 1'b0;
if ( EOC == 1'b0 )
n_state <=#1 st4;
else
n_state <=#1 st5;
end
st5 :begin
ale_r <= #1 1'b0;
start_r <= #1 1'b0;
OE_r <= #1 1'b1;
n_state <=#1 st6;
end
st6 :begin
ale_r <= #1 1'b0;
start_r <= #1 1'b0;
OE_r <= #1 1'b1;
reg1 <=#1 D ;
n_state <=#1 st0;
end
default :begin
ale_r <= #1 1'b0;
start_r <= #1 1'b0;
OE_r <= #1 1'b0;
n_state <=#1 st0;
end
endcase
end
/******************** 数码管显示译码部分 ***********************************/
reg [7:0] Y_r_1;
reg [7:0] Y_r_2;
assign seven_seg[7:0] ={1'b1,(~Y_r_1[6:0])};
assign seven_seg[15:8] = {1'b1,(~Y_r_2[6:0])};
always @(reg1[3:0] )
begin
Y_r_1 = 7'b1111111;
case (reg1[3:0] )
4'b0000: Y_r_1 = 7'b0111111; // 0
4'b0001: Y_r_1 = 7'b0000110; // 1
4'b0010: Y_r_1 = 7'b1011011; // 2
4'b0011: Y_r_1 = 7'b1001111; // 3
4'b0100: Y_r_1 = 7'b1100110; // 4
4'b0101: Y_r_1 = 7'b1101101; // 5
4'b0110: Y_r_1 = 7'b1111101; // 6
4'b0111: Y_r_1 = 7'b0000111; // 7
4'b1000: Y_r_1 = 7'b1111111; // 8
4'b1001: Y_r_1 = 7'b1101111; // 9
4'b1010: Y_r_1 = 7'b1110111; // A
4'b1011: Y_r_1 = 7'b1111100; // b
4'b1100: Y_r_1 = 7'b0111001; // c
4'b1101: Y_r_1 = 7'b1011110; // d
4'b1110: Y_r_1 = 7'b1111001; // E
4'b1111: Y_r_1 = 7'b1110001; // F
default: Y_r_1 = 7'b0000000;
endcase
end
always @( reg1[7:4] )
begin
Y_r_2 = 7'b1111111;
case ( reg1[7:4] )
4'b0000: Y_r_2 = 7'b0111111; // 0
4'b0001: Y_r_2 = 7'b0000110; // 1
4'b0010: Y_r_2 = 7'b1011011; // 2
4'b0011: Y_r_2 = 7'b1001111; // 3
4'b0100: Y_r_2 = 7'b1100110; // 4
4'b0101: Y_r_2 = 7'b1101101; // 5
4'b0110: Y_r_2 = 7'b1111101; // 6
4'b0111: Y_r_2 = 7'b0000111; // 7
4'b1000: Y_r_2 = 7'b1111111; // 8
4'b1001: Y_r_2 = 7'b1101111; // 9
4'b1010: Y_r_2 = 7'b1110111; // A
4'b1011: Y_r_2 = 7'b1111100; // b
4'b1100: Y_r_2 = 7'b0111001; // c
4'b1101: Y_r_2 = 7'b1011110; // d
4'b1110: Y_r_2 = 7'b1111001; // E
4'b1111: Y_r_2 = 7'b1110001; // F
default: Y_r_2 = 7'b0000000;
endcase
end
endmodule

复制代码

　　上面一长串代码，刚接触的人一看可能会头大，但要是仔细分析一下，就会很好理解了。本实现有三部分组成：　　1.第44行~第59行：时钟分频，系统时钟为50MHZ，ADC0809的驱动频率不需要这么快，所以需要分频。一般在500KHZ左右，实例中用的是750KHz。　　2.第67行~第128行：对ADC0809时序的实现。自己好好理解下哦。一次模数转换经过6个步骤完成。第3步和第4步需要查看EOC的状态来确定是否将模拟数据转换完毕。　　3.第137行~第183行：将模拟数据转化到的数字数据输出到2个数码管上。图3.3是ADC0809的外部接口。　　　　　　　　

　　　　　　　　　　图3.3 ADC0809的外部接口
分配引脚：　　clk接系统时钟，rst接复位信号，abc_in[2..0]接三个按键，seven_seg[15..0]接2个七段数码管，其余的是ADC0809上的型号，这是由硬件连线决定的，只要搞清楚它们是输入还是输出就行了。实验结果：　　将三个按键都关闭，选择0通道，这样，当旋转按钮的时候，在2个七段数码管上就能显示数值。这就完成了将模拟数据转化为数字量的验证。

cmod · 2012-3-13 16:10:31

请问一下，你分频到70000多把？？那个可以驱动吗？？不是需要500吗？？

抽什么风 · 2012-3-13 16:12:01

cmod 发表于 2012-3-13 16:10
请问一下，你分频到70000多把？？那个可以驱动吗？？不是需要500吗？？

哦，上面原理那红色标注的写的是500KHz，下面的写错了，不好意思啦。实际中取的是750KHz，实验中是能够驱动的。

2012-3-13 16:13:01

請問一下為何沒有給 ADC0809 時鐘的輸出腳呢?

抽什么风 · 2012-3-13 16:13:33

defy1 发表于 2012-3-13 16:13
請問一下為何沒有給 ADC0809 時鐘的輸出腳呢?

什么意思？时钟有个是作为输入的啊，接系统时钟，然后分频得到所需要的时钟频率。

2012-3-13 16:14:41

抽什么风发表于 2012-3-13 16:13
什么意思？时钟有个是作为输入的啊，接系统时钟，然后分频得到所需要的时钟频率。 ...

时钟有个是作为输入的啊，接系统时钟，然后分频得到所需要的时钟频率
分頻後得到所要的時鐘後, 不是應該有隻輸出腳接到 ADC0809 的 pin10 (CLOCK) 嗎?

2012-3-13 16:15:53

如果有兩個資料分別由 IN0 和 IN1 輸入
有辦法不透過 abc_in 自動的選擇通道嗎?

我的意思是一開始是 IN0 輸入做 AD 轉換, 待 IN0 的資料完成 AD 後, 自動切換到 IN1 做 AD 轉換..一直循環下去

抽什么风 · 2012-3-13 16:16:50

defy1 发表于 2012-3-13 16:15
如果有兩個資料分別由 IN0 和 IN1 輸入
有辦法不透過 abc_in 自動的選擇通道嗎?

我感觉应该可以吧，但是有个问题，IN0转换完的标识是什么，就是说自动铁环的条件要弄清楚。说的不对的话还可以再商量。

hamao90 · 2012-4-15 12:14:34

如果我直接用quartusII仿真，仿真结果不对，应该是CLk的频率不对吧。那我要怎样才能仿真出正确的结果呢，大侠，求指导啊

会飞的云 · 2012-7-4 00:47:09

谢谢了

李凯龙 · 2012-7-4 00:51:08

看看，学习

周梦晓 · 2012-12-21 11:35:22

学习了

葛安奎 · 2012-12-22 13:51:05

瞅瞅

hhiyhhiy · 2012-12-26 17:30:53

非常不错的资料。

kaede_枫 · 2013-3-28 10:18:40

学习了正好要做AD

胡玉琛 · 2013-4-20 20:08:52

兄台，我想问一下，你的ADC0809与FPGA之间的通信电平是怎么处理的？

悲歌1990 · 2013-4-30 21:53:33

今晚那来试试

h1654155209.4117 · 2013-5-7 16:59:38

它的数据输入时模拟信号还是数字信号？

h1654155209.4117 · 2013-5-9 14:52:29

因为FPGA处理的都是数字数字，这个输入信号是经过AD转换芯片转换过了数字信号吧？那如果我要借用这个输出来作为我下一个模块的输入，我是否可以直接引用？

h1654155209.4117 · 2013-5-9 22:31:40

抽什么风发表于 2012-3-13 16:16
我感觉应该可以吧，但是有个问题，IN0转换完的标识是什么，就是说自动铁环的条件要弄清楚。说的不对的话 ...

那我可以只用IN0吗？就是从始至终都只用IN0.

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