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【紫光同创国产FPGA教程】【第十八章】AD实验之AD7606波形显示

E世博官方网站 ? 2021-02-25 11:20 ? 次阅读

本原创教程由芯驿电子科技(上海)有限公司(ALINX)创作,版权归本公司所有,如需转载,需授权并注明出处(alinx.com)。

适用于板卡型号:

PGL22G/PGL12G

1. 实验简介

本实验练习使用ADC,实验中使用的ADC模块型号为AN706,最大采样率200Khz,精度为16位。实验中把AN706的2路输入以波形方式在HDMI上显示出来,我们可以用更加直观的方式观察波形,是一个数字示波器雏形。

o4YBAGA19rSAc8TNAAEUhObT35E940.jpg8路200K采样16位ADC模块pIYBAGA19rWAA2Q0AACWh7zOfr8363.jpg实验预期结果

2. 实验原理

AD7606是一款集成式8通道同步采样数据采集系统,片内集成输入放大器、过压保护电路、二阶模拟抗混叠滤波器、模拟多路复用器、16位200 kSPS SAR ADC和一个数字滤波器, 2.5 V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口

AD7606采用+5V单电源供电, 可以处理±10V和±5V真双极性输入信号, 同时所有通道均以高达200KSPS的吞吐速率采样。输入钳位保护电路可以耐受最高达±16.5V的电压。

无论以何种采样频率工作, AD7606的模拟输入阻抗均为1M欧姆。它采用单电源工作方式, 具有片内滤波和高输入阻抗, 因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源。

AD7606抗混叠滤波器的3dB截至频率为22kHz; 当采样速率为200kSPS时, 它具有40dB抗混叠抑制特性。灵活的数字滤波器采用引脚驱动, 可以改善信噪比(SNR), 并降低3dB带宽。

o4YBAGA19rWAF9AMAAEbNi38uTA586.jpg

2.1 AD7606时序

pIYBAGA19raARIB5AACRKNAPIO8351.jpg

AD7606可以对所有8路的模拟输入通道进行同步采样。当两个CONVST引脚(CONVSTA和CONVSTB)连在一起时, 所有通道同步采样。此共用CONVST信号的上升沿启动对所有模拟输入通道的同步采样(V1至V8)。

AD7606内置一个片内振荡器用于转换。所有ADC通道的转换时间为tCONV。BUSY信号告知用户正在进行转换, 因此当施加CONVST上升沿时,BUSY变为逻辑高电平, 在整个转换过程结束时变成低电平。BUSY信号下降沿用来使所有八个采样保持放大器返回跟踪模式。BUSY下降沿还表示,现在可以从并行总线DB[15:0]读取8个通道的数据。

2.2 AD7606配置

在AN706 8通道的AD模块硬件电路设计中,我们对AD7606的3个配置Pin脚通过加上拉或下拉电阻来设置AD7606的工作模式。

AD7606这款芯片支持外部基准电压输入或内部基准电压。如果使用外部基准电压,芯片的REFIN/REFOUT需要外接一个2.5V的基准源。如果使用内部的基准电压。REFIN/REFOUT引脚为2.5V的内部基准电压输出。REF SELECT引脚用于选择内部基准电压或外部基准电压。在本模块中,因为考虑到AD7606的内部基准电压的精度也非常高(2.49V~2.505V),所以电路设计选择使用了内部的基准电压。

Pin脚名 设置电平 说明
REF SELECT 高电平 使用内部的基准电压2.5V

AD7606的AD转换数据采集可以采用并行模式或者串行模式, 用户可以通过设置PAR/SER/BYTE SEL引脚电平来设置通信的模式。我们在设计的时候,选择并行模式读取AD7606的AD数据。

Pin脚名 设置电平 说明
PAR/SER/BYTE SEL 低电平 选择并行接口

AD7606的AD模拟信号的输入范围可以设置为±5V或者是±10V,当设置±5V输入范围时,1LSB=152.58uV;当设置±10V输入范围时,1LSB=305.175uV 。用户可以通过设置RANGE引脚电平来设置模拟输入电压的范围。我们在设计的时候,选择±5V的模拟电压输入范围。

Pin脚名 设置电平 说明
RANGE 低电平 模拟信号输入范围选择:±5V

AD7606内置一个可选的数字一阶sinc滤波器,在使用较低吞吐率或需要更高信噪比的应用中,应使用滤波器。数字滤波器的过采样倍率由过采样引脚OS[2:0]控制。下表提供了用来选择不同过采样倍率的过采样位解码。

o4YBAGA19raACPiOAABPneNly3w488.jpg

在AN706模块的硬件设计中, OS[2:0] 已经引到外部的接口中,FPGACPU可以通过控制OS[2:0]的管脚电平来选择是否使用滤波器,以达到更高的测量精度。

2.3 AD7606 AD转换

AD7606的输出编码方式为二进制补码。所设计的码转换在连续LSB整数的中间(既1/2LSB和3/2LSB)进行。AD7606的LSB大小为FSR/65536。AD7606的理想传递特性如下图所示:

pIYBAGA19reAKm4TAADUxak-8s4107.jpg

2.4 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

ad7606_sample模块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 16 ADC数据输入
adc_data_valid in 1 adc数据有效
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

ad7606_sample模块端口

3. 实验现象

  1. 将AN706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. 连接AN706的输入到信号发生器的输出,AN706模块本身没有焊接SMA插头,本实验为了方便,自行焊接了一个SMA插头。

o4YBAGA19reAClFHAAHL1ld9ogQ572.jpgAN706连接信号源示意图

1)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

pIYBAGA19riAVj91AAEJlNrM8Fk195.jpgHDMI接口连接示意图

2)下载程序,调节信号发生的频率和幅度,AN706输入范围-5V-5V,为了便于观察波形数据,建议信号输入频率200hz到2Khz。观察显示器输出,红色波形为CH1输入、蓝色为CH2输入、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。

o4YBAGA19riAfV-OAACZtl46uy4265.jpg
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TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远程和本地温度传感器

TMP468器件是一款使用双线制SMBus或I 2 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75°C)和测量分辨率(0.0 625°C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55°C至+ 150°C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:±0.75&...
发表于 09-18 16:05 ? 160次 阅读
TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远程和本地温度传感器
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