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adc数模转换模块 [2017/06/23 15:19] anran 创建 |
adc数模转换模块 [2022/07/20 10:26] (当前版本) zhijun [小结] |
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|---|---|---|---|
| 行 1: | 行 1: | ||
| - | ======基于STEP FPGA的矩阵按键驱动====== | + | ======基于STEP FPGA的PCF8591的ADC（I2C）功能驱动====== |
| - | 本节将和大家一起使用FPGA驱动底板上的UART接口通信。 | + | 本节将和大家一起使用[[FPGA]]驱动底板上的PCF8591的[[ADC]]采样（[[I2C]]）功能。 |
| ====硬件说明==== | ====硬件说明==== | ||
| + | |||
| ------- | ------- | ||
| - | 通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。 | + | PCF8591是集成了4路[[ADC]]和1路[[DAC]]的芯片，使用[[I2C]]总线通信。 |
| \\ | \\ | ||
| - | 异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔多少是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位间的时间间隔是固定的。两个相邻位间的时间间隔与UART通信的波特率有关，波特率用来表征UART通信中数据传输的速率，即每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位（1个起始位，7个数据位，1个校验位，1个结束位），则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。 | + | [[I2C]]总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件，然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。这里不做过多的讲解，硬件连接如下： |
| + | {{ :i2c总线框架.jpg?800 |}} | ||
| \\ | \\ | ||
| - | {{ :uart时序.jpg?800 |}} | + | 本设计的硬件连接如下 |
| + | {{ :pcf8591硬件连接.jpg?1000 |}} | ||
| \\ | \\ | ||
| - | * 起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。 | + | 本设计中FPGA作为[[I2C]]主设备，PCF8591作为[[I2C]]从设备，从设备的地址由固定地址和可编程地址组成，我们的外设底板已将可编程地址A0、A1、A2接地，所以7位地址为7'h48，加上最低位的读写控制，所以给PCF8591写数据时的寻址地址为8'h90，对PCF8591读数据时的寻址地址为8'h91。如下 |
| - | * 数据位：可以是5~8位逻辑”0”或”1”。如ASCII码（7位），扩展BCD码（8位）。小端传输 | + | {{ :pcf8591_i2c地址.jpg?800 |}} |
| - | * 校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验) | + | |
| - | * 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 | + | |
| - | * 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。 | + | |
| \\ | \\ | ||
| - | 我们这里使用的时序为去掉校验位的时序 | + | PCF8591集成了很多功能，当需要不同的功能时要对PCF8591做相应的配置，配置数据存储在名为CONTROL BYTE的寄存器中，下图展示了寄存器中部分bit的功能，详细请参考PCF8591的datasheet，本设计中我们只使用通道1的ADC功能，配置数据为8'h01。 |
| - | {{ :uart4.png?600 |}} | + | {{ :pcf8591_控制字.jpg?800 |}} |
| \\ | \\ | ||
| - | 本设计共有四个模块，一个top模块，一个baud模块，一个接收模块和一个发送模块，大家可以根据自己的需求进行调整。 | + | 本设计中我们需要两次通信， |
| + | * 第一次为配置数据，具体为：开始--写寻址--读响应--写配置数据--读响应--结束 | ||
| + | * 第二次为读ADC数据，具体为：开始--读寻址--读响应--[读ADC数据--写响应--]循环读 | ||
| + | 第二次的时序如下图： | ||
| + | {{ :pcf8591_adc时序.jpg?1000 |}} | ||
| + | \\ | ||
| + | 通过上面的介绍大家应该对如何驱动PCF8591进行[[ADC]]采样有了整体的概念，还有一些细节就是[[I2C]]通信的时序明细，如下图 | ||
| + | {{ :pcf8591_时序控制.jpg?800 |}} | ||
| + | {{ :pcf8591_时序控制2.jpg?800 |}} | ||
| ====Verilog代码==== | ====Verilog代码==== | ||
| + | |||
| ------ | ------ | ||
| <code verilog> | <code verilog> | ||
| 行 28: | 行 38: | ||
| // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< | // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< | ||
| // -------------------------------------------------------------------- | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| - | // Module: Uart_bus | + | // Module: ADC_I2C |
| // | // | ||
| // Author: Step | // Author: Step | ||
| // | // | ||
| - | // Description: The module for uart communication | + | // Description: ADC_I2C |
| - | // | + | |
| - | // Web: www.stepfapga.com | + | |
| // | // | ||
| + | // Web: www.stepfpga.com | ||
| + | // | ||
| // -------------------------------------------------------------------- | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| // Code Revision History : | // Code Revision History : | ||
| // -------------------------------------------------------------------- | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| // Version: |Mod. Date: |Changes Made: | // Version: |Mod. Date: |Changes Made: | ||
| - | // V1.0 |2016/04/20 |Initial ver | + | // V1.1 |2016/10/30 |Initial ver |
| // -------------------------------------------------------------------- | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| - | module Uart_Bus # | + | module ADC_I2C |
| ( | ( | ||
| - | parameter BPS_PARA = 1250 //当使用12MHz时钟时波特率参数选择1250对应9600的波特率 | + | input clk_in, //系统时钟 |
| - | ) | + | input rst_n_in, //系统复位，低有效 |
| - | ( | + | output scl_out, //I2C总线SCL |
| - | input clk_in, //系统时钟 | + | inout sda_out, //I2C总线SDA |
| - | input rst_n_in, //系统复位，低有效 | + | output reg adc_done, //ADC采样完成标志 |
| - | input rs232_rx, //FPGA中UART接收端，分配给UART模块中的发送端TXD | + | output reg [7:0] adc_data //ADC采样数据 |
| - | output rs232_tx //FPGA中UART发送端，分配给UART模块中的接收端RXD | + | |
| - | ); | + | |
| - | + | ||
| - | /////////////////////////////////UART接收功能模块例化//////////////////////////////////// | + | |
| - | wire bps_en_rx,bps_clk_rx; | + | |
| - | wire [7:0] rx_data; | + | |
| - | + | ||
| - | //UART接收波特率时钟控制模块 例化 | + | |
| - | Baud # | + | |
| - | ( | + | |
| - | .BPS_PARA (BPS_PARA ) | + | |
| - | ) | + | |
| - | Baud_rx | + | |
| - | ( | + | |
| - | .clk_in (clk_in ), //系统时钟 | + | |
| - | .rst_n_in (rst_n_in ), //系统复位，低有效 | + | |
| - | .bps_en (bps_en_rx ), //接收时钟使能 | + | |
| - | .bps_clk (bps_clk_rx ) //接收时钟输出 | + | |
| - | ); | + | |
| - | + | ||
| - | //UART接收数据模块 例化 | + | |
| - | Uart_Rx Uart_Rx_uut | + | |
| - | ( | + | |
| - | .clk_in (clk_in ), //系统时钟 | + | |
| - | .rst_n_in (rst_n_in ), //系统复位，低有效 | + | |
| - | .bps_en (bps_en_rx ), //接收时钟使能 | + | |
| - | .bps_clk (bps_clk_rx ), //接收时钟输入 | + | |
| - | .rs232_rx (rs232_rx ), //UART接收输入 | + | |
| - | .rx_data (rx_data ) //接收到的数据 | + | |
| ); | ); | ||
| + | parameter CNT_NUM = 15; | ||
| - | /////////////////////////////////UART发送功能模块例化//////////////////////////////////// | + | localparam IDLE = 3'd0; |
| - | wire bps_en_tx,bps_clk_tx; | + | localparam MAIN = 3'd1; |
| - | + | localparam START = 3'd2; | |
| - | //UART发送波特率时钟控制模块 例化 | + | localparam WRITE = 3'd3; |
| - | Baud # | + | localparam READ = 3'd4; |
| - | ( | + | localparam STOP = 3'd5; |
| - | .BPS_PARA (BPS_PARA ) | + | |
| - | ) | + | |
| - | Baud_tx | + | |
| - | ( | + | |
| - | .clk_in (clk_in ), //系统时钟 | + | |
| - | .rst_n_in (rst_n_in ), //系统复位，低有效 | + | |
| - | .bps_en (bps_en_tx ), //发送时钟使能 | + | |
| - | .bps_clk (bps_clk_tx ) //发送时钟输出 | + | |
| - | ); | + | |
| - | + | ||
| - | //UART发送数据模块 例化 | + | |
| - | Uart_Tx Uart_Tx_uut | + | |
| - | ( | + | |
| - | .clk_in (clk_in ), //系统时钟 | + | |
| - | .rst_n_in (rst_n_in ), //系统复位，低有效 | + | |
| - | .bps_en (bps_en_tx ), //发送时钟使能 | + | |
| - | .bps_clk (bps_clk_tx ), //发送时钟输入 | + | |
| - | .rx_bps_en (bps_en_rx ), //因需要自收自发，使用接收时钟使能判定：接收到新的数据，需要发送 | + | |
| - | .tx_data (rx_data ), //需要发出的数据 | + | |
| - | .rs232_tx (rs232_tx ) //UART发送输出 | + | |
| - | ); | + | |
| - | + | ||
| - | endmodule | + | |
| - | </code> | + | |
| - | \\ | + | |
| - | <code verilog> | + | |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | |
| - | // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< | + | |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | |
| - | // Module: Baud | + | |
| - | // | + | |
| - | // Author: Step | + | |
| - | // | + | |
| - | // Description: Beat for uart transfer and receive baud rate | + | |
| - | // | + | |
| - | // Web: www.stepfapga.com | + | |
| - | // | + | |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | |
| - | // Code Revision History : | + | |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | |
| - | // Version: |Mod. Date: |Changes Made: | + | |
| - | // V1.0 |2016/04/20 |Initial ver | + | |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | |
| - | module Baud # | + | |
| - | ( | + | |
| - | parameter BPS_PARA = 1250 //当使用12MHz时钟时波特率参数选择1250对应9600的波特率 | + | |
| - | ) | + | |
| - | ( | + | |
| - | input clk_in, //系统时钟 | + | |
| - | input rst_n_in, //系统复位，低有效 | + | |
| - | input bps_en, //接收或发送时钟使能 | + | |
| - | output reg bps_clk //接收或发送时钟输出 | + | |
| - | ); | + | |
| - | + | ||
| - | reg [12:0] cnt; | + | |
| - | //计数器计数满足波特率时钟要求 | + | |
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin | + | |
| - | if(!rst_n_in) | + | |
| - | cnt <= 1'b0; | + | |
| - | else if((cnt >= BPS_PARA-1)||(!bps_en)) //当时钟信号不使能（bps_en为低电平）时，计数器清零并停止计数 | + | |
| - | cnt <= 1'b0; //当时钟信号使能时，计数器对系统时钟计数，周期为BPS_PARA个系统时钟周期 | + | |
| - | else | + | |
| - | cnt <= cnt + 1'b1; | + | |
| - | end | + | |
| - | //产生相应波特率的时钟节拍，接收模块将以此节拍进行UART数据接收 | + | //根据PCF8591的datasheet，I2C的频率最高为100KHz， |
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) | + | //我们准备使用4个节拍完成1bit数据的传输，所以需要400KHz的时钟触发完成该设计 |
| - | begin | + | //使用计数器分频产生400KHz时钟信号clk_400khz |
| - | if(!rst_n_in) | + | reg clk_400khz; |
| - | bps_clk <= 1'b0; | + | reg [9:0] cnt_400khz; |
| - | else if(cnt == (BPS_PARA>>1)) //BPS_PARA右移一位等于除2，因计数器终值BPS_PARA为数据更替时间点，所以计数器中值时为数据最稳定时间点 | + | always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin |
| - | bps_clk <= 1'b1; | + | if(!rst_n_in) begin |
| - | else | + | cnt_400khz <= 10'd0; |
| - | bps_clk <= 1'b0; | + | clk_400khz <= 1'b0; |
| + | end else if(cnt_400khz >= CNT_NUM-1) begin | ||
| + | cnt_400khz <= 10'd0; | ||
| + | clk_400khz <= ~clk_400khz; | ||
| + | end else begin | ||
| + | cnt_400khz <= cnt_400khz + 1'b1; | ||
| + | end | ||
| end | end | ||
| + | |||
| + | reg [7:0] adc_data_r; | ||
| + | reg scl_out_r; | ||
| + | reg sda_out_r; | ||
| + | reg [2:0] cnt; | ||
| + | reg [3:0] cnt_main; | ||
| + | reg [7:0] data_wr; | ||
| + | reg [2:0] cnt_start; | ||
| + | reg [2:0] cnt_write; | ||
| + | reg [4:0] cnt_read; | ||
| + | reg [2:0] cnt_stop; | ||
| + | reg [2:0] state; | ||
| - | endmodule | + | always@(posedge clk_400khz or negedge rst_n_in) begin |
| - | </code> | + | if(!rst_n_in) begin //如果按键复位，将相关数据初始化 |
| - | \\ | + | scl_out_r <= 1'd1; |
| - | <code verilog> | + | sda_out_r <= 1'd1; |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | cnt <= 1'b0; |
| - | // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< | + | cnt_main <= 4'd0; |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | cnt_start <= 3'd0; |
| - | // Module: Uart_Rx | + | cnt_write <= 3'd0; |
| - | // | + | cnt_read <= 5'd0; |
| - | // Author: Step | + | cnt_stop <= 1'd0; |
| - | // | + | adc_done <= 1'b0; |
| - | // Description: The receive module of uart interface | + | adc_data <= 1'b0; |
| - | // | + | state <= IDLE; |
| - | // Web: www.stepfapga.com | + | end else begin |
| - | // | + | case(state) |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | IDLE:begin //软件自复位，主要用于程序跑飞后的处理 |
| - | // Code Revision History : | + | scl_out_r <= 1'd1; |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | sda_out_r <= 1'd1; |
| - | // Version: |Mod. Date: |Changes Made: | + | cnt <= 1'b0; |
| - | // V1.0 |2016/04/20 |Initial ver | + | cnt_main <= 4'd0; |
| - | // -------------------------------------------------------------------- | + | cnt_start <= 3'd0; |
| - | module Uart_Rx | + | cnt_write <= 3'd0; |
| - | ( | + | cnt_read <= 5'd0; |
| - | input clk_in, //系统时钟 | + | cnt_stop <= 1'd0; |
| - | input rst_n_in, //系统复位，低有效 | + | adc_done <= 1'b0; |
| - | + | state <= MAIN; | |
| - | output reg bps_en, //接收时钟使能 | + | end |
| - | input bps_clk, //接收时钟输入 | + | MAIN:begin |
| - | + | if(cnt_main >= 4'd6) cnt_main <= 4'd6; //对MAIN中的子状态执行控制cnt_main | |
| - | input rs232_rx, //UART接收输入 | + | else cnt_main <= cnt_main + 1'b1; |
| - | output reg [7:0] rx_data //接收到的数据 | + | case(cnt_main) |
| - | ); | + | 4'd0: begin state <= START; end //I2C通信时序中的START |
| - | + | 4'd1: begin data_wr <= 8'h90; state <= WRITE; end //A0,A1,A2都接了GND，写地址为8'h90 | |
| - | reg rs232_rx0,rs232_rx1,rs232_rx2; | + | 4'd2: begin data_wr <= 8'h00; state <= WRITE; end //control byte为8'h00，采用4通道ADC中的通道0 |
| - | //多级延时锁存去除亚稳态 | + | 4'd3: begin state <= STOP; end //I2C通信时序中的START |
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin | + | 4'd4: begin state <= START; end //I2C通信时序中的STOP |
| - | if(!rst_n_in) begin | + | 4'd5: begin data_wr <= 8'h91; state <= WRITE; end //A0 A1 A2都接了GND，读地址为8'h91 |
| - | rs232_rx0 <= 1'b0; | + | 4'd6: begin state <= READ; adc_done <= 1'b0; end //读取ADC的采样数据 |
| - | rs232_rx1 <= 1'b0; | + | 4'd7: begin state <= STOP; adc_done <= 1'b1; end //I2C通信时序中的STOP，读取完成标志 |
| - | rs232_rx2 <= 1'b0; | + | 4'd8: begin state <= MAIN; end //预留状态，不执行 |
| - | end else begin | + | default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态 |
| - | rs232_rx0 <= rs232_rx; | + | endcase |
| - | rs232_rx1 <= rs232_rx0; | + | end |
| - | rs232_rx2 <= rs232_rx1; | + | START:begin //I2C通信时序中的起始START |
| - | end | + | if(cnt_start >= 3'd5) cnt_start <= 1'b0; //对START中的子状态执行控制cnt_start |
| - | end | + | else cnt_start <= cnt_start + 1'b1; |
| - | + | case(cnt_start) | |
| - | //检测UART接收输入信号的下降沿 | + | 3'd0: begin sda_out_r <= 1'b1; scl_out_r <= 1'b1; end //将SCL和SDA拉高，保持4.7us以上 |
| - | wire neg_rs232_rx = rs232_rx2 & rs232_rx1 & (~rs232_rx0) & (~rs232_rx); | + | 3'd1: begin sda_out_r <= 1'b1; scl_out_r <= 1'b1; end //clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期 |
| - | + | 3'd2: begin sda_out_r <= 1'b0; end //SDA拉低到SCL拉低，保持4.0us以上 | |
| - | reg [3:0] num; | + | 3'd3: begin sda_out_r <= 1'b0; end //clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期 |
| - | //接收时钟使能信号的控制 | + | 3'd4: begin scl_out_r <= 1'b0; end //SCL拉低，保持4.7us以上 |
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin | + | 3'd5: begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end //clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期，返回MAIN |
| - | if(!rst_n_in) | + | default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态 |
| - | bps_en <= 1'b0; | + | endcase |
| - | else if(neg_rs232_rx && (!bps_en)) //当空闲状态（bps_en为低电平）时检测到UART接收信号下降沿，进入工作状态（bps_en为高电平），控制时钟模块产生接收时钟 | + | end |
| - | bps_en <= 1'b1; | + | WRITE:begin //I2C通信时序中的写操作WRITE和相应判断操作ACK |
| - | else if(num==4'd9) //当完成一次UART接收操作后，退出工作状态，恢复空闲状态 | + | if(cnt <= 3'd6) begin //共需要发送8bit的数据，这里控制循环的次数 |
| - | bps_en <= 1'b0; | + | if(cnt_write >= 3'd3) begin cnt_write <= 1'b0; cnt <= cnt + 1'b1; end |
| - | end | + | else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; cnt <= cnt; end |
| - | + | end else begin | |
| - | reg [7:0] rx_data_r; | + | if(cnt_write >= 3'd7) begin cnt_write <= 1'b0; cnt <= 1'b0; end //两个变量都恢复初值 |
| - | //当处于工作状态中时，按照接收时钟的节拍获取数据 | + | else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; cnt <= cnt; end |
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin | + | end |
| - | if(!rst_n_in) begin | + | case(cnt_write) |
| - | num <= 4'd0; | + | //按照I2C的时序传输数据 |
| - | rx_data <= 8'd0; | + | 3'd0: begin scl_out_r <= 1'b0; sda_out_r <= data_wr[7-cnt]; end //SCL拉低，并控制SDA输出对应的位 |
| - | rx_data_r <= 8'd0; | + | 3'd1: begin scl_out_r <= 1'b1; end //SCL拉高，保持4.0us以上 |
| - | end else if(bps_en) begin | + | 3'd2: begin scl_out_r <= 1'b1; end //clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期 |
| - | if(bps_clk) begin | + | 3'd3: begin scl_out_r <= 1'b0; end //SCL拉低，准备发送下1bit的数据 |
| - | num <= num+1'b1; | + | //获取从设备的响应信号并判断 |
| - | if(num<=4'd8) | + | 3'd4: begin sda_out_r <= 1'bz; end //释放SDA线，准备接收从设备的响应信号 |
| - | rx_data_r[num-1]<=rs232_rx; //先接受低位再接收高位，8位有效数据 | + | 3'd5: begin scl_out_r <= 1'b1; end //SCL拉高，保持4.0us以上 |
| - | end else if(num == 4'd9) begin //完成一次UART接收操作后，将获取的数据输出 | + | 3'd6: begin if(sda_out) state <= IDLE; else state <= state; end //获取从设备的响应信号并判断 |
| - | num <= 4'd0; | + | 3'd7: begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end //SCL拉低，返回MAIN状态 |
| - | rx_data <= rx_data_r; | + | default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态 |
| + | endcase | ||
| + | end | ||
| + | READ:begin //I2C通信时序中的读操作READ和返回ACK的操作 | ||
| + | if(cnt <= 3'd6) begin //共需要接收8bit的数据，这里控制循环的次数 | ||
| + | if(cnt_read >= 3'd3) begin cnt_read <= 1'b0; cnt <= cnt + 1'b1; end | ||
| + | else begin cnt_read <= cnt_read + 1'b1; cnt <= cnt; end | ||
| + | end else begin | ||
| + | if(cnt_read >= 3'd7) begin cnt_read <= 1'b0; cnt <= 1'b0; end //两个变量都恢复初值 | ||
| + | else begin cnt_read <= cnt_read + 1'b1; cnt <= cnt; end | ||
| + | end | ||
| + | case(cnt_read) | ||
| + | //按照I2C的时序接收数据 | ||
| + | 3'd0: begin scl_out_r <= 1'b0; sda_out_r <= 1'bz; end //SCL拉低，释放SDA线，准备接收从设备数据 | ||
| + | 3'd1: begin scl_out_r <= 1'b1; end //SCL拉高，保持4.0us以上 | ||
| + | 3'd2: begin adc_data_r[7-cnt] <= sda_out; end //读取从设备返回的数据 | ||
| + | 3'd3: begin scl_out_r <= 1'b0; end //SCL拉低，准备接收下1bit的数据 | ||
| + | //向从设备发送响应信号 | ||
| + | 3'd4: begin sda_out_r <= 1'b0; adc_done <= 1'b1; adc_data <= adc_data_r; end //发送响应信号，将前面接收的数据锁存 | ||
| + | 3'd5: begin scl_out_r <= 1'b1; end //SCL拉高，保持4.0us以上 | ||
| + | 3'd6: begin scl_out_r <= 1'b1; adc_done <= 1'b0; end //SCL拉高，保持4.0us以上 | ||
| + | 3'd7: begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end //SCL拉低，返回MAIN状态 | ||
| + | default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态 | ||
| + | endcase | ||
| + | end | ||
| + | STOP:begin //I2C通信时序中的结束STOP | ||
| + | if(cnt_stop >= 3'd5) cnt_stop <= 1'b0; //对STOP中的子状态执行控制cnt_stop | ||
| + | else cnt_stop <= cnt_stop + 1'b1; | ||
| + | case(cnt_stop) | ||
| + | 3'd0: begin sda_out_r <= 1'b0; end //SDA拉低，准备STOP | ||
| + | 3'd1: begin sda_out_r <= 1'b0; end //SDA拉低，准备STOP | ||
| + | 3'd2: begin scl_out_r <= 1'b1; end //SCL提前SDA拉高4.0us | ||
| + | 3'd3: begin scl_out_r <= 1'b1; end //SCL提前SDA拉高4.0us | ||
| + | 3'd4: begin sda_out_r <= 1'b1; end //SDA拉高 | ||
| + | 3'd5: begin sda_out_r <= 1'b1; state <= MAIN; end //完成STOP操作，返回MAIN状态 | ||
| + | default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态 | ||
| + | endcase | ||
| + | end | ||
| + | default:; | ||
| + | endcase | ||
| end | end | ||
| end | end | ||
| - | end | + | |
| + | assign scl_out = scl_out_r; //对SCL端口赋值 | ||
| + | assign sda_out = sda_out_r; //对SDA端口赋值 | ||
| endmodule | endmodule | ||
| - | |||
| </code> | </code> | ||
| - | \\ | ||
| - | <code verilog> | ||
| - | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| - | // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< | ||
| - | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| - | // Module: Uart_Tx | ||
| - | // | ||
| - | // Author: Step | ||
| - | // | ||
| - | // Description: The transfer module of uart interface | ||
| - | // | ||
| - | // Web: www.stepfapga.com | ||
| - | // | ||
| - | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| - | // Code Revision History : | ||
| - | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| - | // Version: |Mod. Date: |Changes Made: | ||
| - | // V1.0 |2016/04/20 |Initial ver | ||
| - | // -------------------------------------------------------------------- | ||
| - | module Uart_Tx | ||
| - | ( | ||
| - | input clk_in, //系统时钟 | ||
| - | input rst_n_in, //系统复位，低有效 | ||
| - | output reg bps_en, //发送时钟使能 | ||
| - | input bps_clk, //发送时钟输入 | ||
| - | input rx_bps_en, //因需要自收自发，使用接收时钟使能判定：接收到新的数据，需要发送 | ||
| - | input [7:0] tx_data, //需要发出的数据 | ||
| - | output reg rs232_tx //UART发送输出 | ||
| - | ); | ||
| - | reg rx_bps_en_r; | ||
| - | //延时锁存接收时钟使能信号 | ||
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin | ||
| - | if(!rst_n_in) rx_bps_en_r <= 1'b0; | ||
| - | else rx_bps_en_r <= rx_bps_en; | ||
| - | end | ||
| - | |||
| - | //检测接收时钟使能信号的下降沿，因为下降沿代表接收数据的完成，以此作为发送信号的激励 | ||
| - | wire neg_rx_bps_en = rx_bps_en_r & (~rx_bps_en); | ||
| - | |||
| - | reg [3:0] num; | ||
| - | reg [9:0] tx_data_r; | ||
| - | //根据接收数据的完成，驱动发送数据操作 | ||
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin | ||
| - | if(!rst_n_in) begin | ||
| - | bps_en <= 1'b0; | ||
| - | tx_data_r <= 8'd0; | ||
| - | end else if(neg_rx_bps_en)begin | ||
| - | bps_en <= 1'b1; //当检测到接收时钟使能信号的下降沿，表明接收完成，需要发送数据，使能发送时钟使能信号 | ||
| - | tx_data_r <= {1'b1,tx_data,1'b0}; | ||
| - | end else if(num==4'd10) begin | ||
| - | bps_en <= 1'b0; //一次UART发送需要10个时钟信号，然后结束 | ||
| - | end | ||
| - | end | ||
| - | //当处于工作状态中时，按照发送时钟的节拍发送数据 | + | ====小结==== |
| - | always @ (posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin | + | |
| - | if(!rst_n_in) begin | + | |
| - | num <= 1'b0; | + | |
| - | rs232_tx <= 1'b1; | + | |
| - | end else if(bps_en) begin | + | |
| - | if(bps_clk) begin | + | |
| - | num <= num + 1'b1; | + | |
| - | rs232_tx <= tx_data_r[num]; | + | |
| - | end else if(num>=4'd10) | + | |
| - | num <= 4'd0; | + | |
| - | end | + | |
| - | end | + | |
| - | endmodule | ||
| - | |||
| - | </code> | ||
| - | |||
| - | ====小结==== | ||
| ------ | ------ | ||
| - | 本节主要为大家讲解了UART通信的原理及软件设计，需要大家掌握的同时自己创建工程，通过整个设计流程，生成FPGA配置文件加载测试。 | + | 本节主要为大家讲解了使用[[I2C]]驱动PCF8591的[[ADC]]功能的原理及软件设计，需要大家掌握的同时自己创建工程，通过整个设计流程，生成[[FPGA]]配置文件加载测试。 |
| \\ | \\ | ||
| - | 如果你对Diamond软件的使用不了解，请参考这里：[[lattice_diamond的使用|Diamond的使用]]。 | + | 如果你对Diamond软件的使用不了解，请参考这里：[[lattice_fpga|Diamond的使用]]。 |
| ====相关资料==== | ====相关资料==== | ||
| + | |||
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| \\ | \\ | ||
| - | 使用[[STEP-MXO2第二代]]的UART通信程序: 后续会有下载连接 待更新 | + | 使用[[STEP-MXO2第二代]]的PCF8591的[[ADC]]驱动程序: 后续会有下载连接 待更新 |
| \\ | \\ | ||
| - | 使用[[STEP-MAX10]]的UART通信程序: 后续会有下载连接 待更新 | + | 使用[[STEP-MAX10]]的PCF8591的[[ADC]]驱动程序: 后续会有下载连接 待更新 |
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