FPGA零基礎學習之TLC5620驅動教程

在FPGA處理完數字信號之后，我們有些情況下是需要將數字信號轉變為模擬信號再輸出的。比如音頻信號在濾波后，需要轉換為聲音信號進行輸出。此次，我們要講數字信號轉換為電壓信號進行輸出，以便我們后續可以用示波器之類的器械觀察信號。

我們采用的芯片為TLC5620，是一款8bit四通道的數模轉換器。

在四路通道中，我們可以設置4種不同的參考電壓進行轉換使用。但是在此次實驗中，我們采用的四路參考電壓一樣，如下圖：

接下來我們介紹一下此芯片的一些特征以及手冊對芯片的描述。下圖為官方手冊對芯片的一段描述：

TLC5620是一款使用3線串行總線控制的芯片。11bit的命令中包含8bit數據、2bit通道選擇、1bit輸出范圍選擇bit。輸出范圍選擇，可以輸出一倍或者兩倍的參考電壓差值范圍。當兩級鎖存器都打開時，新的數據可以進入到芯片。下圖為芯片的框圖：

端口介紹：

我們的數據為8bit，那也就是將電壓范圍劃分為256份，我們的數字信號會對應成電壓進行輸出，所以我們的輸出電壓的計算公式為：

接下來我們看一下時序圖：

當LOAD為高電平時，數據被鎖存進DATA在每一個時鐘下降沿，一旦數據所有的bit被采集到，LOAD被拉低，將寄存器中的數據傳輸到被選擇的DAC中。如圖一所示，當LDAC為低電平時，LOAD信號拉低，被選擇的DAC芯片輸出電壓會更新。如果LDAC為高電平，電壓更新將會被禁止，直到我們將LDAC拉低，如圖二：

對于我們的通道選擇，如下圖：

當RNG=0時，輸出電壓為一倍范圍，當RNG=1時，輸出電壓為兩倍范圍。

接下來，我們來做一下芯片的驅動，同樣可以使用線性序列機。轉換總周期為11us的時間。

首先我們先新建工程。

新建代碼文件，寫入代碼：

驅動代碼如下：

?

1   module tlc5620_driver(
2     
3     input   wire          clk,
4     input   wire          rst_n,
5     input   wire    [7:0] data,
6     
7     output  reg           da_clk,
8     output  reg           da_data,
9     output  wire          da_ldac,
10    output  reg           da_load
11  );
12
13    parameter   t = 550;
14    parameter   select_bit  = 2'b00;
15    parameter   RNG   = 1'b1;     //0代表輸出1倍，1代表輸出兩???
16    
17    reg     [9:0]     cnt;
18    
19    assign da_ldac = 1'b0;
20
21    always @ (posedge clk, negedge rst_n)
22    begin
23    if(rst_n == 1'b0)
24      cnt <= 10'd0;
25    else if(cnt == t - 1)
26      cnt <= 10'd0;
27    else
28      cnt <= cnt + 1'b1;
29    end
30    
31    always @ (posedge clk, negedge rst_n)
32    begin
33    if(rst_n == 1'b0)
34      begin
35      da_clk <= 1'b0;
36      da_data <= 1'b0;
37      da_load <= 1'b1;
38      end
39    else
40      case(cnt)
41      0     : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= select_bit[1]; da_load <= 1'b1; end
42      24    : begin da_clk <= 1'b0; end
43      49    : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= select_bit[0]; end
44      74    : begin da_clk <= 1'b0; end
45      99    : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= RNG; end
46      124   : begin da_clk <= 1'b0; end
47      149   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[7]; end
48      174   : begin da_clk <= 1'b0; end
49      199   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[6]; end
50      224   : begin da_clk <= 1'b0; end
51      249   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[5]; end
52      274   : begin da_clk <= 1'b0; end
53      299   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[4]; end
54      324   : begin da_clk <= 1'b0; end
55      349   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[3]; end
56      374   : begin da_clk <= 1'b0; end
57      399   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[2]; end
58      424   : begin da_clk <= 1'b0; end
59      449   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[1]; end
60      474   : begin da_clk <= 1'b0; end
61      499   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[0]; end
62      524   : begin da_clk <= 1'b0; end
63      529   : begin da_load <= 1'b0; end
64      default : ;
65      endcase
66    end
67   
68  endmodule

?

在寫驅動代碼時，我們需要注意時序圖中的一些時間要求，比如，數字信號的建立時間和保持時間，以及load信號的建立時間與保持時間。時間要求如下圖：

由上圖可以得出結論，芯片的驅動時鐘最大為1MHz。數據的建立時間與保持時間最小值都為50ns。如果我們在時鐘上升沿發送數據，那么我們發送的數據，建立時間與保持時間最小值為500ns。滿足條件。

接下來我們寫一下仿真看一下波形。

代碼如下：

?

1   `timescale 1ns / 1ps
2 
3   module tlc5620_driver_tb;
4 
5     reg           clk;
6     reg           rst_n;
7     reg     [7:0] data;
8     
9     wire       da_clk;
10    wire       da_data;
11    wire       da_ldac;
12    wire       da_load;
13
14    initial begin
15      clk = 1'b0;
16      rst_n = 1'b0;
17      data = {$random}%256;
18      #105;
19      rst_n = 1'b1;
20      #11000;
21      repeat(10) begin
22        data = {$random}%256;
23        #11000;
24      end
25      #1000;
26      $stop;
27    end
28
29    always #10 clk = ~clk;
30    
31    tlc5620_driver tlc5620_driver_inst(
32    
33      .clk      (clk  ),
34      .rst_n    (rst_n  ),
35      .data      (data  ),
36      
37      .da_clk    (da_clk),
38      .da_data    (da_data),
39      .da_ldac    (da_ldac),
40      .da_load    (da_load)
41  );
42
43  endmodule

?

運行波形，觀察仿真波形：

觀察da_clk、da_data、da_load、da_ldac波形全部正常，即說明驅動正確。

審核編輯：劉清