【紫光同创国产FPGA教程】【第十九章】ADDA测试例程

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适用于板卡型号：

PGL22G/PGL12G

1. 实验简介

本实验练习使用ADC和DAC，实验中使用的ADDA模块型号为AN108，ADC最大采样率32Mhz，精度为8位，DAC最大采样率125Mhz，精度为8位。实验中用DAC输出正弦波，然后使用ADC采集并把波形在HDMI显示器显示。

 

ADDA模块实验预期结果

 

2. 实验原理

 

 

2.1 数模转换（DA）电路

如硬件结构图所示，DA电路由高速DA芯片、7阶巴特沃斯低通滤波器、幅度调节电路和信号输出接口组成。

我们使用的高速DA芯片是AD公司推出的AD9708。AD9708是8位，125MSPS的DA转换芯片，内置1.2V参考电压，差分电流输出。芯片内部结构图如下图所示

 

 

AD9708芯片差分输出以后，为了防止噪声干扰，电路中接入了7阶巴特沃斯低通滤波器，带宽为40MHz，频率响应如下图所示

 

 

滤波器参数如下图所示

 

 

滤波器之后，我们使用了2片高性能145MHz带宽的运放AD8056，实现差分变单端，以及幅度调节等功能，使整个电路性能得到了最大限度的提升。幅度调节，使用的是5K的电位器，最终的输出范围是-5V~5V（10Vpp）。

注：由于电路器的精度不是很精确，最终的输出有一定误差，有可能波形幅度不能达到10Vpp，也有可能出现波形削顶等问题，这些都属正常情况。

模数转换（AD）电路

如硬件结构图中所示，AD电路由高速AD芯片、衰减电路和信号输入接口组成。

我们使用的高速AD芯片是由AD公司推出的8位，最大采样率32MSPS的AD9280芯片。内部结构图如下图所示

 

 

根据下图的配置，我们将AD电压输入范围设置为：0V~2V

 

 

在信号进入AD芯片之前，我们用一片AD8056芯片构建了衰减电路，接口的输入范围是-5V~+5V(10Vpp)。衰减以后，输入范围满足AD芯片的输入范围（0~2V）。转换公式如下：

 

 

当输入信号Vin=5(V)的时候，输入到AD的信号Vad=2(V)；

当输入信号Vin=-5(V)的时候，输入到AD的信号Vad=0(V)；

3. 程序设计

本实验显示部分是基于前面的已有的实验，在彩条上叠加网格线和波形。

timing_gen_xy模块完成视频图像的坐标生成，x坐标，从左到右增大，y坐标从上到下增大。

信号名称	方向	宽度(bit)	说明
clk	in	1	系统时钟
rst_n	in	1	异步复位，低电平复位
i_hs	in	1	视频行同步输入
i_vs	in	1	视频场同步输入
i_de	in	1	视频数据有效输入
i_data	in	24	视频数据输入
o_hs	out	1	视频行同步输出
o_vs	out	1	视频场同步输出
o_de	out	1	视频数据有效输出
o_data	out	24	视频数据输出
x	out	12	坐标x输出
y	out	12	坐标y输出

timing_gen_xy模块端口

grid_display模块主要完成视频的网格线叠加，本实验将彩条视频输入，然后叠加一个网格后输出，提供给后面的波形显示模块使用。

信号名称	方向	宽度(bit)	说明
pclk	in	1	像素时钟
rst_n	in	1	异步复位，低电平复位
i_hs	in	1	视频行同步输入
i_vs	in	1	视频场同步输入
i_de	in	1	视频数据有效输入
i_data	in	24	视频数据输入
o_hs	out	1	带网格视频行同步输出
o_vs	out	1	带网格视频场同步输出
o_de	out	1	带网格视频数据有效输出
o_data	out	24	带网格视频数据输出

grid_display模块端口

wav_display显示模块主要是完成波形数据的叠加显示，模块内含有一个双口ram，写端口是由ADC采集模块写入，读端口是显示模块。

信号名称	方向	宽度(bit)	说明
pclk	in	1	像素时钟
rst_n	in	1	异步复位，低电平复位
wave_color	in	24	波形颜色，rgb
adc_clk	in	1	adc模块时钟
adc_buf_wr	in	1	adc数据写使能
adc_buf_addr	in	12	adc数据写地址
adc_buf_data	in	8	adc数据，无符号数
i_hs	in	1	视频行同步输入
i_vs	in	1	视频场同步输入
i_de	in	1	视频数据有效输入
i_data	in	24	视频数据输入
o_hs	out	1	带网格视频行同步输出
o_vs	out	1	带网格视频场同步输出
o_de	out	1	带网格视频数据有效输出
o_data	out	24	带网格视频数据输出

wav_display模块端口

ad9226_sample模块主要完成ad9226输入数据顺序调整，因为ad9226输入的数据MSB在最低位。再把有符号数转换为无符号数，最后位宽转换到8bit。

信号名称	方向	宽度(bit)	说明
adc_clk	in	1	adc系统时钟
rst	in	1	异步复位，高复位
adc_data	in	12	ADC数据输入，MSB在最低位，需要倒序
adc_buf_wr	out	1	ADC数据写使能
adc_buf_addr	out	12	ADC数据写地址
adc_buf_data	out	8	无符号8位ADC数据

ad9226_sample模块端口

在本例程中仅介绍如何使用波形数据生成工具，在软件工具及驱动文件夹下找到工具，其图标如下所示：

 

 

1）双击.exe打开工具，打开界面如下：

 

 

2） 可以根据需要自选波形，本例程中选择正弦波，数据长度和位宽保持默认

 

 

3）点击保存按钮，将生成的数据文件保存到工程目录文件下（注意保存的文件类型.dat）：

 

 

4） 保存后出现如下对话框表示保存成功，点击确定后关闭工具

 

 

将 .coe文件保存到生成的Rom IP核中即可，这里不再重复介绍

4. 实验现象

1）将AN108模块插入开发板的扩展口J8，注意1脚对齐，不要插错、插偏，不能带电操作。

2）采用AN108的环路测试，连接AN108的DACOUT端到模块的AD IN端，这里使用的是专用屏蔽线，如果使用其他线可能会有较大干扰。

 

AN108连接示意图

 

3）连接HDMI显示器，注意：连接的是显示器，不是笔记本电脑HDMI接口

 

HDMI接口连接示意图

 

4）下载程序，旋转AN108模块上的旋钮，可以看到波形幅度在变化，波形如下图所示，黄色网格最上面横线代表5V，最下面横线代表-5V，中间横线代表0V，每个竖线间隔是10个采样点。