【紫光同創國產FPGA教程】【第十九章】ADDA測試例程

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適用于板卡型號：

PGL22G/PGL12G

1. 實驗簡介

本實驗練習使用ADC和DAC，實驗中使用的ADDA模塊型號為AN108，ADC最大采樣率32Mhz，精度為8位，DAC最大采樣率125Mhz，精度為8位。實驗中用DAC輸出正弦波，然后使用ADC采集并把波形在HDMI顯示器顯示。

ADDA模塊實驗預期結果

2. 實驗原理

2.1 數模轉換（DA）電路

如硬件結構圖所示，DA電路由高速DA芯片、7階巴特沃斯低通濾波器、幅度調節電路和信號輸出接口組成。

我們使用的高速DA芯片是AD公司推出的AD9708。AD9708是8位，125MSPS的DA轉換芯片，內置1.2V參考電壓，差分電流輸出。芯片內部結構圖如下圖所示

AD9708芯片差分輸出以后，為了防止噪聲干擾，電路中接入了7階巴特沃斯低通濾波器，帶寬為40MHz，頻率響應如下圖所示

濾波器參數如下圖所示

濾波器之后，我們使用了2片高性能145MHz帶寬的運放AD8056，實現差分變單端，以及幅度調節等功能，使整個電路性能得到了最大限度的提升。幅度調節，使用的是5K的電位器，最終的輸出范圍是-5V~5V（10Vpp）。

注：由于電路器的精度不是很精確，最終的輸出有一定誤差，有可能波形幅度不能達到10Vpp，也有可能出現波形削頂等問題，這些都屬正常情況。

模數轉換（AD）電路

如硬件結構圖中所示，AD電路由高速AD芯片、衰減電路和信號輸入接口組成。

我們使用的高速AD芯片是由AD公司推出的8位，最大采樣率32MSPS的AD9280芯片。內部結構圖如下圖所示

根據下圖的配置，我們將AD電壓輸入范圍設置為：0V~2V

在信號進入AD芯片之前，我們用一片AD8056芯片構建了衰減電路，接口的輸入范圍是-5V~+5V(10Vpp)。衰減以后，輸入范圍滿足AD芯片的輸入范圍（0~2V）。轉換公式如下：

當輸入信號Vin=5(V)的時候，輸入到AD的信號Vad=2(V)；

當輸入信號Vin=-5(V)的時候，輸入到AD的信號Vad=0(V)；

3. 程序設計

本實驗顯示部分是基于前面的已有的實驗，在彩條上疊加網格線和波形。

timing_gen_xy模塊完成視頻圖像的坐標生成，x坐標，從左到右增大，y坐標從上到下增大。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
clk	in	1	系統時鐘
rst_n	in	1	異步復位，低電平復位
i_hs	in	1	視頻行同步輸入
i_vs	in	1	視頻場同步輸入
i_de	in	1	視頻數據有效輸入
i_data	in	24	視頻數據輸入
o_hs	out	1	視頻行同步輸出
o_vs	out	1	視頻場同步輸出
o_de	out	1	視頻數據有效輸出
o_data	out	24	視頻數據輸出
x	out	12	坐標x輸出
y	out	12	坐標y輸出

timing_gen_xy模塊端口

grid_display模塊主要完成視頻的網格線疊加，本實驗將彩條視頻輸入，然后疊加一個網格后輸出，提供給后面的波形顯示模塊使用。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
pclk	in	1	像素時鐘
rst_n	in	1	異步復位，低電平復位
i_hs	in	1	視頻行同步輸入
i_vs	in	1	視頻場同步輸入
i_de	in	1	視頻數據有效輸入
i_data	in	24	視頻數據輸入
o_hs	out	1	帶網格視頻行同步輸出
o_vs	out	1	帶網格視頻場同步輸出
o_de	out	1	帶網格視頻數據有效輸出
o_data	out	24	帶網格視頻數據輸出

grid_display模塊端口

wav_display顯示模塊主要是完成波形數據的疊加顯示，模塊內含有一個雙口ram，寫端口是由ADC采集模塊寫入，讀端口是顯示模塊。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
pclk	in	1	像素時鐘
rst_n	in	1	異步復位，低電平復位
wave_color	in	24	波形顏色，rgb
adc_clk	in	1	adc模塊時鐘
adc_buf_wr	in	1	adc數據寫使能
adc_buf_addr	in	12	adc數據寫地址
adc_buf_data	in	8	adc數據，無符號數
i_hs	in	1	視頻行同步輸入
i_vs	in	1	視頻場同步輸入
i_de	in	1	視頻數據有效輸入
i_data	in	24	視頻數據輸入
o_hs	out	1	帶網格視頻行同步輸出
o_vs	out	1	帶網格視頻場同步輸出
o_de	out	1	帶網格視頻數據有效輸出
o_data	out	24	帶網格視頻數據輸出

wav_display模塊端口

ad9226_sample模塊主要完成ad9226輸入數據順序調整，因為ad9226輸入的數據MSB在最低位。再把有符號數轉換為無符號數，最后位寬轉換到8bit。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
adc_clk	in	1	adc系統時鐘
rst	in	1	異步復位，高復位
adc_data	in	12	ADC數據輸入，MSB在最低位，需要倒序
adc_buf_wr	out	1	ADC數據寫使能
adc_buf_addr	out	12	ADC數據寫地址
adc_buf_data	out	8	無符號8位ADC數據

ad9226_sample模塊端口

在本例程中僅介紹如何使用波形數據生成工具，在軟件工具及驅動文件夾下找到工具，其圖標如下所示：

1）雙擊.exe打開工具，打開界面如下：

2） 可以根據需要自選波形，本例程中選擇正弦波，數據長度和位寬保持默認

3）點擊保存按鈕，將生成的數據文件保存到工程目錄文件下（注意保存的文件類型.dat）：

4） 保存后出現如下對話框表示保存成功，點擊確定后關閉工具

將 .coe文件保存到生成的Rom IP核中即可，這里不再重復介紹

4. 實驗現象

1）將AN108模塊插入開發板的擴展口J8，注意1腳對齊，不要插錯、插偏，不能帶電操作。

2）采用AN108的環路測試，連接AN108的DACOUT端到模塊的AD IN端，這里使用的是專用屏蔽線，如果使用其他線可能會有較大干擾。

AN108連接示意圖

3）連接HDMI顯示器，注意：連接的是顯示器，不是筆記本電腦HDMI接口

HDMI接口連接示意圖

4）下載程序，旋轉AN108模塊上的旋鈕，可以看到波形幅度在變化，波形如下圖所示，黃色網格最上面橫線代表5V，最下面橫線代表-5V，中間橫線代表0V，每個豎線間隔是10個采樣點。