FPGA初级课程第二十三讲 DA

FPGA初级课程
第二十三讲 DA

Hi，大家好！我是至芯科技的李老师。
今天讲课的题目是：DA。
本节课我先简要地介绍一下DA转换芯片工作的基本原理，然后实际演示一下DA驱动逻辑电路的建模与仿真，我们还要结合第六讲的单独按键消抖一起编写一个完整的演示逻辑，并下板查看实际效果。

演示平台为至芯科技开发的ZX_2开发板。
开发板采用的AD转换芯片为TI公司的4路8位数模转换器TLC5620。

打开《ZX_2.pdf》文件，我们看一下DA部分的电路图。

我们打开至芯科技编写的《基于FPGA的TLC5620驱动设计（DA）.pdf》文档。

1. 实验引言
        ADC和DAC是模拟量和数字量之间不可或缺的桥梁。
        而AD、DA转换器在数字控制系统中也有着重要地位。
        A/D转换器将各种模拟信号转换为抗干扰性更强的数字信号，直接进入数字计算机进行处理，存储并产生数字控制信号；
        D/A转换器把收到的数字控制信号转换成模拟信号，实现对被控对象的控制。

2.实验目的
        熟悉串行数/模转换芯片TLC5620的使用方法，学习用状态机设计DAC访问接口程序。

3．实验内容
        本实验我们用FPGA对至芯开发板上的DA芯片TLC5620进行控制，TLC5620是一个拥有四路输出数/模转换器。
        我们通过一个按键对四路输出进行切换，使用数字万用表测量对应通道的输出电压，比较设置值与实测值是否一致。
        比如，开发板上电重启或按下复位键后，四路输出均为0V；
                按下切换按键1次时，通道1电压输出变为0.3125V，其余不变；
                按下切换按键2次时，通道2电压输出变为0.625V，其余不变；
                按下切换按键3次时，通道3电压输出变为1.25V，其余不变；
                按下切换按键4次时，通道4电压输出变为2.5V，其余不变；
                以上4次按完之后，四个通道电压应依次为0.3125V、0.625V、1.25V、2.5V。

4.实验原理
        TLC5620是一个四通道8位串行D/A转换器，时钟频率最大可以达到1MHz。
        TLC5620传输的一帧数据为11位，高位先传送，格式如表2所列。
        D10、D9位为通道选择位，其对应关系如表3所列；
        D8位为输出电压模式选择，
                若为“0”则输出电压范围为0~Vref；
                若为“1”则输出电压范围为0~2Vref；
                其中Vref为参考电压，我们的开发板提供参考电压值为2.5V；
        D7~D0为数据位。

TLC5620的访问时序如图1所示。
其中CLK为DAC的时钟；
        DATA为串行数据，锁存于时钟的下降沿；
        LOAD为数据锁存控制信号，当一帧数据传送完毕时，拉低LOAD信号线，即把该帧数据锁存起来；
        LDAC为DAC输出更新控制信号，当LDAC为低电平时，则把锁存在锁存器的数据送到DAC并转换输出。
        详细的时序控制、参数设置请参考数据手册。

TLC5620的输出电压为：
        Vo(DACA/B/C/D)=Vref*(CODE/256)*(1+RNG)
其中Vo为输出电压值；
        DACA/B/C/D代表四个不同的通道；
        Vref为参考电压；
        CODE为8位二进制数，范围为0~255；
        RNG为RNG位，数值为0或1。

图1  TLC5620访问时序图

5. 硬件设计
用TLC5620芯片搭建的DA转换电路如下图所示。

DA芯片的工作原理既然已经清楚，我们下面来进行系统设计。
命名DA驱动逻辑为dac。
架构图如下所示。

在前级加上单独按键消抖模块key_flag、DAC控制器模块dac_controller后，总体架构图如下。
其中，DAC控制器模块dac_controller产生DAC使能信号req，并根据按键次数输出相应的DAC控制字给DA驱动模块dac。
而DA驱动模块dac在完成每一次的DA转换之后，输出一个表示转换完成的脉冲信号req_done，反馈给DAC控制器模块dac_controller。