15_基于FPGA的AD_TLC549采集模拟信号

15_基于FPGA的AD_TLC549采集模拟信号

实验原理

芯片介绍

TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。

 

TLC549 引脚图及各引脚功能

 

TLC549引脚图

REF+：正基准电压输入 2.5V≤REF+≤Vcc+0.1。

REF－：负基准电压输入端，-0.1V≤REF-≤2.5V。且要求：（REF+）－（REF-）≥1V。

VCC：系统电源3V≤Vcc≤6V。

GND：接地端。

/CS：芯片选择输入端，要求输入高电平 VIN≥2V，输入低电平 VIN≤0.8V。

DATA OUT：转换结果数据串行输出端，与 TTL 电平兼容，输出时高位在前，低位在后。

ANALOGIN：模拟信号输入端，0≤ANALOGIN≤Vcc，当 ANALOGIN≥REF+电压时，转换结果为全"1"(0FFH)，ANALOGIN≤REF-电压时，转换结果为全"0"(00H)。

I/O CLOCK：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。

TLC549工作时序

当/CS变为低电平后， TLC549芯片被选中，同时前次转换结果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT 端输出，接着要求自 I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号，前7个 I/O CLOCK信号的作用，是配合 TLC549 输出前次转换结果的 A6-A0 位，并为本次转换做准备：在第4个 I/O CLOCK 信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第8个 I/O CLOCK 信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动 A/D开始转换。转换时间为 36 个系统时钟周期，最大为 17us。直到 A/D转换完成前的这段时间内，TLC549 的控制逻辑要求：或者/CS保持高电平，或者 I/O CLOCK 时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在自 TLC549的 I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次 A/D转换开始。

 

TLC549工作时序

本实验中，我们使用TLC549芯片检测模拟电压，为方便检测，我们在实验中，使用了数码管作为我们的显示模块，将检测到的电压显示到数码管上，与实际的电压进行比较。开发板上，芯片VCC=3.3V，VREF+=3.3V，VREF-=0。

硬件原理图

实验代码

/********************************版权声明**************************************

** 大西瓜团队

**

**----------------------------文件信息--------------------------

** 文件名称: ADC_TLC549.v

** 创建日期:

** 功能描述:使用AD芯片TLC549采集模拟信号，经过模数转换并显示在数码管上

** 操作过程:将模拟信号接到TLC549的数据管脚上，观察数码管变化

** 硬件平台:大西瓜第三代开发板,http://daxiguafpga.taobao.com

** 版权声明:本代码属个人知识产权,本代码仅供交流学习.

**---------------------------修改文件的相关信息----------------

** 修改人:

** 修改日期:    

** 修改内容:

*******************************************************************************/

module ADC_TLC549

(

clk, //系统50MHZ时钟

adc_sclk, //AD TLC549的时钟

data, //AD TLC549的数据口

cs, //AD TLC549的片选择

wei, //数码管的为选择

duan //数码管的7段码

);

 

input clk;

input data;

output cs;

output adc_sclk;

output[7:0] duan;

output[3:0] wei;

 

reg cs,adc_sclk,clk1k,clk1ms;

reg[15:0] count;

reg[24:0] count1ms;

reg[3:0] cnt;

reg[2:0] number;

reg[1:0] state;

reg[3:0] wei;

reg ledcs;

reg [7:0] duan;

reg[7:0] dataout;

reg[16:0] tenvalue;

parameter sample=2'b00,

display=2'b01;

 

/**********产生100k的采集时钟信号*********/

always@(posedge clk)

begin

if(count<=250)

count<=count+1'b1;

else

begin

count<=0;

adc_sclk<=~adc_sclk;

end

end

/*******产生周期为1ms即1kHz的信号*********/

always@(posedge clk)

begin

if(count1ms>25'd25000)

begin

clk1ms<=~clk1ms;

count1ms<=0;

end

else

count1ms<=count1ms+1;

end

 

/*********AD采样程序**************/

always@(negedge adc_sclk)

begin

case(state)

sample:

begin

cs<=0;

dataout[7:0]<={dataout[6:0],data};

if(cnt>4'd7)

begin

cnt<=0;

state<=display;

end

else

begin

cnt<=cnt+1;

state<=sample;

end

end

display:

begin

cs<=1;//关AD片选

tenvalue<=(tendata((dataout>>4)&8'b0000_1111)*16+ tendata(dataout&8'b0000_1111))*129;//

//得到采集的数据

state<=sample;

end

default: state<=display;

endcase

end

 

/***********2进制转十进制函数*************/

function[7:0] tendata;//返回一个4位的数字

input[7:0] datain;

begin

case(datain)

4'b00000000: tendata=4'd0;//0

4'b00000001: tendata=4'd1;//1

4'b00000010: tendata=4'd2;//2

4'b00000011: tendata=4'd3;//3

4'b00000100: tendata=4'd4;//4

4'b00000101: tendata=4'd5;//5

4'b00000110: tendata=4'd6;//6

4'b00000111: tendata=4'd7;//7

4'b00001000: tendata=4'd8;//8

4'b00001001: tendata=4'd9;//9

4'b00001010: tendata=4'd10;//

4'b00001011: tendata=4'd11;//

4'b00001100: tendata=4'd12;

4'b00001101: tendata=4'd13;

4'b00001110: tendata=4'd14;

4'b00001111: tendata=4'd15;

default:tendata=4'bzzzz_zzzz;

endcase

end

endfunction

 

/*********十进制转LED段选函数*********/

function[7:0] leddata;//返回一个8位的数字

input[3:0] datain;

begin

case(datain)

4'd0: leddata=8'b11000000;//0

4'd1: leddata=8'b11111001;//1

4'd2: leddata=8'b10100100;//2

4'd3: leddata=8'b10110000;//3

4'd4: leddata=8'b10011001;//4

4'd5: leddata=8'b10010010;//5

4'd6: leddata=8'b10000010;//6

4'd7: leddata=8'b11111000;//7

4'd8: leddata=8'b10000000;//8

4'd9: leddata=8'b10010000;//9

4'd10: leddata=8'b10111111;//-

4'd11: leddata=8'b01111111;//.

default:leddata=8'bzzzz_zzzz;

endcase

end

endfunction

 

/********数码管扫描函数*************/

always@(posedge clk1ms)

begin

if(number==5)

number<=0;

else

begin

number<=number+1;

case(number)

4'd0:

begin

duan<=leddata((tenvalue/10)%10);//个位

wei<=4'b1110;

end

4'd1:

begin

duan<=leddata((tenvalue/100)%10);//十位

wei<=4'b1101;

end

4'd2:

begin

duan<=leddata((tenvalue/1000)%10); //百位

wei<=4'b1011;

end

4'd3:

begin

duan<=leddata(tenvalue/10000);//千位

wei<=4'b0111;

end

4'd4:

begin

duan<=leddata(4'd11);//. 显示小数点

wei<=4'b0111;

end

endcase

end

end

endmodule

 

实验操作

实验效果

在实验中，我们利用TLC549检测3.3V的电压，实验结果如下，在误差允许范围内，结果符合我们的要求。

 

大西瓜FPGA-->https://daxiguafpga.taobao.com

配套开发板：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w4004-24211932856.3.489d7241aCjspB&id=633897209972

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