در قسمت اول این آموزش به معرفی بال ADC و روش های پیاده سازی آن روی FPGA پرداختیم. در این قسمت می خواهیم با استفاده از واسط SPI که خودمون طراحی کردیم با تراشه ADC128S102 ارتباط برقرار کنیم و نمونه داده های دیجیتال شده کانال های مختلف این تراشه را داخل FPGA خوانده  و در این پروژه برای مثال این داده ها را روی سون سگمنت های برد مگاوینگ نشان دهیم.

در شکل زیر بلوک دیاگرام کلی این پروژه را مشاهده می کنید. طراحی انجام شده به صورت HDL کامل و به زبان Verilog نوشته شده است و سورس آن و پروژه قابل اجرا روی برد پازج به همراه برد مگاوینگ و بال ADC را می توانید در انتهای این آموزش دانلود کنید.

در ادامه به بررسی هریک از این واحد ها می پردازیم.

 

واحد کلاک و ریست

این بلوک وظیفه دارد کلاک ورودی برد پازج که برابر ۲۴MHz هست را به ۱MHz تبدیل کند تا سایر بخش های مدار از آن استفاده کنند. طبق دیاتشیت تراشه ADC128S102، می توان حداکثر کلاک پایه SCK واحد SPI برابر ۱۶MHz باشد ولی در این طراحی ما کلاک سیستم را برابر ۱MHz در نظر گرفته ایم و می توان آن را ۳۲MHz نیز افزایش داد. در ادامه دلیل مقدار ۳۲ را توضیح خواهیم داد.

 

واحد SPI

در این طراحی واحد SPI به طور پیوسته درحال خواندن ADC می باشد و کانال مورد نظر برای خواندن را از طریق ورودی ADC Channel می گیرد. در تنظیمات این بلوک پارامتری به اسم CLK_DIV وجود دارد که در واقع نشان می دهد کلاک SPI چه تقسیمی از کلاک سیستم باشد. حداکثر مقدار این پارامتر برابر ۲  است و با توجه به کلاک ۱MHz طراحی ما کلاک SPI برابر ۵۱۲KHz خواهد شد و با توجه به طول ۱۶ بیتی ارتباط SPI حداکثر نرخ نمونه برداری در این طراحی برابر ۵۱۲KHz/16 = 32KHz خواهد بود.

اگر بخواهیم حداکثر نرخ نمونه برداری را داشته باشیم بنابراین کلاک SPI باید برابر ۱۶MHz باشد و با توجه به این که حداقل کلاک سیستم باید ۲ برابر کلاک SPI باشد بنابراین اگر کلاک سیستم برابر ۳۲MHz باشد و مقسم کلاک برابر ۲ باشد حداکثر نرخ نمونه برداری را خواهیم داشت که برابر ۱MSPS خواهد بود.

خروجی واحد SPI به صورت یک داده ۱۶ بیتی است که با توجه به اینکه تراشه ADC128S102 نمونه های آن ۱۲ بیتی می باشد تنها ۱۲ بیت از ۱۶ بیت خورجی SPI قابل قبول است.

این واحد دارای سیگنال start است که در این طراحی به مقدار منطقی ۱ وصل شده و بنابراین همیشه این واحد فعال می باشد.

سیگنال busy هم نشان می دهد که واحد SPI در حین ارسال می باشد و سیگنال new_data نشان می دهد که ارسال به انمام رسیده و داده ی جدیدی دریافت شده است.

ورودی data_in در واقع برای مشخص کردن داده ارسالی به بال ADC می باشد و با توجه به دیتاشیت تراشه ADC128S102 برای تعیین کانال تنها ۳ بیت از ۱۶ بیت ارسالی قابل استفاده است که این ۳ بیت مشخص کننده کانال هست که قصد داریم از آن مقدار آنالوگ را بخوانیم. برای مشخص کردن کانال در کد برنامه به صورت زیر عمل می کنیم.

.data_in({2’b00, ~channel_address, 11’b00000000000})

واحد نمایش

برای نمایش مقدار خوانده شده از بال ADC می خواهیم از سون سگمنت های روی برد مگاوینگ استفاده کنیم. به دلیل اینکه فرکانس داده های دریافتی خیلی بیشتر از مقداری است که به چشم دیده شود لازم است داده های خوانده شده از SPI را با فرکانس خیلی کمتری به واحد نمایش بدهیم به خاطر همین از بلوک latch_data استفاده می کنیم. این واحد هر یک ثانیه یک نمونه از ADC را برای نمایش به واحد سون سگمنت میفرستد.

واحد سون سگمنت هم برای تبدیل داده های باینری قابل نمایش روی سون سگمنت ها و هم رفرش داده ها روی سگمنت ها بکار می رود.

 

برای خرید بال ADC به این لینک مراجعه کنید.

برای دانلود کد پروژه بال ADC از این لینک استفاده کنید.

 

ویدئوی اجرای عملی مثال فوق بر روی برد را از لینک زیر تماشا نمایید: