FPGA Verilog HDL系列实例—AD转换
可编程逻辑
描述
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 【连载】 FPGA Verilog HDL 系列实例--------8-3编码器。这里就不再赘述。
设计文件输入Verilog HDL代码。
1 //-------------------------------------------------------------------------------------------------
2 // 3 // File : ADC0809.v
4 // Generated : 2011-07-21
5 // Author : wangliang
6 // 7 //------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 `timescale 1 ns / 1 ps
9 10 11 module ADC0809 ( seven_seg ,ale ,OE ,D ,EOC ,clk ,abc_in ,abc_out ,start ,rst );
12 13 input clk ; //系统时钟 14 input [2:0] abc_in ; //外部控制的通道选择信号 15 input [7:0] D ; //ADC0809传进来的数据 16 input EOC ; //ADC0809转换完成信号标志 17 input rst ; //系统 复位 18 19 output [15:0] seven_seg ; //FPGA给数码管的数据 20 output ale ; //FPGA给ADC0809的地址锁存信号 21 output OE ; //FPGA给ADC0809的使能信号 22 output [2:0] abc_out ; //FPGA给ADC0809的通道选择信号 23 output start ; //ADC0809 转换开始信号 24 25 parameter st0 = 3'b000, 26 st1 = 3'b001, 27 st2 = 3'b010, 28 st3 = 3'b011, 29 st4 = 3'b100, 30 st5 = 3'b101, 31 st6 = 3'b110 ; 32
33 reg [2:0] p_state ;
34 reg [2:0] n_state ;
35 reg ale_r ;
36 reg OE_r ;
37 reg start_r ;
38 reg [7:0] reg1 ;
39 reg [7:0] qq ;
40 wire [2:0] state ;
41 42 assign state = p_state ;
43 44 always @ (posedge clk or negedge rst)
45 begin
46 if ( rst== 1'b0 ) begin 47 p_state <= st0 ;
48 qq <= 8'b0 ; 49
50 end
51 else begin
52 qq <= qq + 1'b1; 53 if ( ( qq >= 8'b0100_0010) && ( clk == 1'b1 ) ) begin
54 qq <= 8'b0; 55 p_state <=#1 n_state;
56 end
57
58 end
59 end
60 61 assign ale = ale_r ;
62 assign OE = OE_r ;
63 assign start = start_r ;
64 65 assign abc_out = abc_in ;
66 67 always @ ( EOC ,p_state )
68 begin
69 case ( p_state )
70 st0 :begin
71 ale_r <= #1 1'b0; 72 start_r <= #1 1'b0; 73 OE_r <= #1 1'b0; 74 n_state <=#1 st1;
75 end
76 st1 :begin
77 ale_r <= #1 1'b1; 78 start_r <= #1 1'b0; 79 OE_r <= #1 1'b0; 80 n_state <=#1 st2;
81 end
82 st2 :begin
83 ale_r <= #1 1'b0; 84 start_r <= #1 1'b1; 85 OE_r <= #1 1'b0; 86 n_state <=#1 st3;
87 end
88 st3 :begin
89 ale_r <= #1 1'b0; 90 start_r <= #1 1'b0; 91 OE_r <= #1 1'b0; 92 if ( EOC == 1'b1 ) 93 n_state <=#1 st3;
94 else 95 n_state <=#1 st4;
96
97 end
98 st4 :begin
99 ale_r <= #1 1'b0;100 start_r <= #1 1'b0; 101 OE_r <= #1 1'b0; 102 if ( EOC == 1'b0 )103 n_state <=#1 st4;
104 else105 n_state <=#1 st5;
106 end
107 st5 :begin
108 ale_r <= #1 1'b0;109 start_r <= #1 1'b0; 110 OE_r <= #1 1'b1; 111 n_state <=#1 st6;
112 end
113 st6 :begin
114 ale_r <= #1 1'b0;115 start_r <= #1 1'b0; 116 OE_r <= #1 1'b1; 117 reg1 <=#1 D ;
118 n_state <=#1 st0;
119 end
120 default :begin
121 ale_r <= #1 1'b0;122 start_r <= #1 1'b0; 123 OE_r <= #1 1'b0; 124 n_state <=#1 st0;
125 end
126 endcase
127
128 end
129
130 /******************** 数码管显示译码部分 ***********************************/131 reg [7:0] Y_r_1;
132 reg [7:0] Y_r_2;
133 134 assign seven_seg[7:0] ={1'b1,(~Y_r_1[6:0])};135 assign seven_seg[15:8] = {1'b1,(~Y_r_2[6:0])};136 137 always @(reg1[3:0] )
138 begin
139 Y_r_1 = 7'b1111111;140 case (reg1[3:0] )
141 4'b0000: Y_r_1 = 7'b0111111; // 0142 4'b0001: Y_r_1 = 7'b0000110; // 1143 4'b0010: Y_r_1 = 7'b1011011; // 2144 4'b0011: Y_r_1 = 7'b1001111; // 3145 4'b0100: Y_r_1 = 7'b1100110; // 4146 4'b0101: Y_r_1 = 7'b1101101; // 5147 4'b0110: Y_r_1 = 7'b1111101; // 6148 4'b0111: Y_r_1 = 7'b0000111; // 7149 4'b1000: Y_r_1 = 7'b1111111; // 8150 4'b1001: Y_r_1 = 7'b1101111; // 9151 4'b1010: Y_r_1 = 7'b1110111; // A152 4'b1011: Y_r_1 = 7'b1111100; // b153 4'b1100: Y_r_1 = 7'b0111001; // c154 4'b1101: Y_r_1 = 7'b1011110; // d155 4'b1110: Y_r_1 = 7'b1111001; // E156 4'b1111: Y_r_1 = 7'b1110001; // F157 default: Y_r_1 = 7'b0000000;158 endcase
159 end
160 161 always @( reg1[7:4] )
162 begin
163 Y_r_2 = 7'b1111111;164 case ( reg1[7:4] )
165 4'b0000: Y_r_2 = 7'b0111111; // 0166 4'b0001: Y_r_2 = 7'b0000110; // 1167 4'b0010: Y_r_2 = 7'b1011011; // 2168 4'b0011: Y_r_2 = 7'b1001111; // 3169 4'b0100: Y_r_2 = 7'b1100110; // 4170 4'b0101: Y_r_2 = 7'b1101101; // 5171 4'b0110: Y_r_2 = 7'b1111101; // 6172 4'b0111: Y_r_2 = 7'b0000111; // 7173 4'b1000: Y_r_2 = 7'b1111111; // 8174 4'b1001: Y_r_2 = 7'b1101111; // 9175 4'b1010: Y_r_2 = 7'b1110111; // A176 4'b1011: Y_r_2 = 7'b1111100; // b177 4'b1100: Y_r_2 = 7'b0111001; // c178 4'b1101: Y_r_2 = 7'b1011110; // d179 4'b1110: Y_r_2 = 7'b1111001; // E180 4'b1111: Y_r_2 = 7'b1110001; // F181 default: Y_r_2 = 7'b0000000;182 endcase
183 end
184
185 endmodule
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。
审核编辑：刘清
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