FPGA DAC模块 SPI通信 |
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FPGA DAC模块 SPI通信
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一 SPI通信
1.串行外设接口(SPI)是微控制器和外围IC（如传感器、ADC、DAC、移位寄存器、SRAM等）之间使用最广泛的接口之一。 2.SPI是一种同步、全双工、主从式接口。来自主机或从机的数据在时钟上升沿或下降沿同步。主机和从机可以同时传输数据。SPI接口可以是3线式或4线式。 SPI总线传输只需要4根线就能完成，这四根线的作用分别如下： SCK (Serial Clock)：时钟信号线，用于同步通讯数据。由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不同 MOSI (Master Output， Slave Input)：主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，数据方向由主机到从机MISO (Master Input，Slave Output)：主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，数据方向由从机到主机CS (Chip Select)：片选信号线。当有多个 SPI 从 设备与 SPI 主机相连时，设备的其它信号线 SCK、MOSI 及 MISO 同时并联到相同的 SPI 总线上，即无论有多少个从设备，都共同使用这 3 条总线；而每个从设备都有独立的片选信号线，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。相当于由SPI构成的通信系统中，通过CS片选信号来决定通信的从机设备是哪一台。通信期间低电平有效，表示对应从机被选中 二 DAC8830DAC8830是TI的TI一款DAC芯片，他支持16bit数据输入，同时建立时间为1us，支持标准的3线SPI接口，最快可支持50Mhz。 以下是接口定义
总线主设备将芯片选择信号CS拉低，表示要访问DAC模块。 在CS处于低电平状态时，总线主设备生成同步时钟信号SCLK，并将串行输入数据SDI按照时钟的下降沿进行传输。数据从总线主设备经由SDI线逐位地传输到DAC模块。 DAC模块在SCLK的下降沿时，将串行输入数据SDI的每一位依次存储到输入移位寄存器中。通常情况下，最高有效位（MSB）先传输，并在SCLK的上升沿锁存到输入移位寄存器中。 当CS由低电平变为高电平时，表示数据传输完成，并且同时更新输出。为了传输一个完整的数据，CS必须在16个SCLK后立即变为高电平。 CS信号从DAC更新到下一次传输开启的时间间隔不能小于30ns 三 程序设计 模块设计
输入信号： clk：时钟信号，模块在时钟上升沿执行。rst_n：复位信号，低电平有效，当复位信号为低电平时，模块会清零输出数据，并将使能信号、DAC8830 时钟、数据和片选信号都输出为高电平。start：开始信号，高电平有效，当开始信号为高电平时，模块会将输入数据赋值给输出数据，并将使能信号设置为高电平。data_in：16位的输入数据信号，用于传输到 DAC8830 芯片。输出信号： SCLK：DAC8830 时钟信号，用于控制数据传输时序。DIN：DAC8830 数据输入信号，传输到 DAC8830 芯片的串行数据。CS：DAC8830 片选信号，用于选择 DAC8830 芯片。done：传输完成信号，用于指示数据传输完成。 时序图
en是使能信号，由外部输入开始信号时，en为高电平，数据开始传输；数据传输完成后done信号拉高，en变为低电平，停止传输。SCLK_CNT是输出时钟计数器，用于计数时钟周期的数量。它在数据传输过程中递增，用于控制时钟信号的生成和数据的传输时机。cnt是分频计数器，用于计数SCLK的时钟周期。当计数器的值达到一定数量（这里是10）时，cnt_flag置1。cnt_flag是计数标志，用于指示分频计数器的状态。当cnt_flag为高电平时，表示已经传输了一位数据并且需要进行下一位数据的传输。
代码示例
module SPI_drive(
input clk, // 输入时钟
input rst_n, // 复位信号
input start, // 启动信号
input [15:0] data_in, // 输入数据
// DAC8830输入
output reg SCLK, // 时钟信号
output reg DIN, // 输入数据信号
output reg CS, // 芯片选择信号
output reg done // 完成信号
);
reg en; // 使能信号
reg [3:0] cnt; // 分频计数
reg [6:0] SCLK_CNT; // 输出时钟计数
reg cnt_flag; // 计数标志
reg [15:0] data_out; // 输出数据
parameter cnt_threshold = 5;//时钟分频阈值，
//输出时钟频率为输入时钟频率的1/（cnt_threshold+1）
// 接收数据
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if (!rst_n)
data_out |
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