FPGA采集AD7606全网最细讲解 提供串行和并行2套工程源码和技术支持

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FPGA采集AD7606全网最细讲解 提供串行和并行2套工程源码和技术支持

2024-07-14 17:36| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录 1、前言2、AD7606数据手册解读输入信号采集范围输出模式选择过采样率设置 3、AD7606串行输出采集4、AD7606并行输出采集5、vivado仿真6、上板调试验证7、福利:工程代码的获取

1、前言

AD7606是一款非常受欢迎的AD芯片,因为他支持8通道同时采集数据,采样深度16位,已经很不错了,虽然采样率只有200 kSPS,但对电压等低速数据源的采集而言已经完全足够了,该芯片在电压检测等项目中有着广泛应用。 本文详细描述了设计方案,工程代码编译通过后上板调试验证,可直接项目移植,适用于在校学生、研究生项目开发,也适用于在职工程师做项目开发,可应用于AD数据采集领域; 提供完整的、跑通的工程源码和技术支持; 工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾,请耐心看到最后;

2、AD7606数据手册解读

AD7606英文原版数据手册只有37页,但真正看懂的兄弟却很少,下面解读一下这个手册: DAQ7606 是 16 位 8 通道同步采样模数数据采集系统(DAS)。 AD7606 内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16 位电荷再分配逐次逼近型 ADC、灵活的数字滤波器、2.5V 基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。AD7606 采用 5V 单电源供电,可以处理±10V 和±5V 真双极性输入信号,同时所有通道均能以高达 200 kSPS 的吞吐速率采样。输入箝位保护电路可以耐受最高达±16.5V 的电压。无论以何种采样频率工作,AD7606 的模拟输入阻抗均为 1 MΩ。它采用单电源工作方式,具有片内滤波和高输入阻抗,因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源。AD7606 抗混叠滤波器的 3 dB 截止频率为 22 kHz;当采样速率为 200 ksps 时,它具有 40 dB 抗混叠抑制特性。灵活的数字滤波器采用引脚驱动,可以改善信噪比(SNR),并降低 3 dB 带宽。 写了这么多你看懂了吗? 我猜你应该是云里雾里,下面举例说人话,让你听得懂: AD7606芯片框图如下: 在这里插入图片描述 红线即是信号输出输出的数据通路;

输入信号采集范围

AD7606可以处理±10V 和±5V 真双极性输入信号,即输入信号可以是±10V 和±5V,由RANGE引脚上下拉决定; 下拉处理±5V 信号; 上拉处理±10V 信号; 一旦选择了输入信号范围,就别乱给信号源了,否则烧板子了。。。 原文如下: 在这里插入图片描述

输出模式选择

红线以通道1为例: 输入数据位单端模拟数据,进过复杂的转换后可输出串行数字信号或者并行数据信号; 如果你的板子设计引脚资源有限,则选择串行输出;串行输出的优点是节约IO,缺点是采集时序复杂些; 如果你的板子设计引脚足够多,则选择并行输出,并行输出数据线占用16个IO口,并行输出的优点是采集时序简单,缺点是费IO;可自行选择; 输出模式选择通过PAR/SER/BYTE SEL引脚的上下拉决定; 上拉选择串行输出; 下拉选择并行输出; 具体的时序细节放在后面的章节; 原文如下: 在这里插入图片描述

过采样率设置

过采样率设置由OS的三个引脚上下拉决定,可以固定用电阻上下拉,这种模式就定死了,除非飞线,也可以用FPGA引脚给高低电平配置,具体配置模式如下图: 在这里插入图片描述 作为FPGA开发者,需要知道这些就行了,具体的时序细节放在后面的章节;

3、AD7606串行输出采集

AD7606串行采集时钟的范围要求如下: 在这里插入图片描述 这里我们选择16.666MHz时钟,不高也不低; 系统参考时钟选择100M,那个1个时钟周期就是1000÷100=10ns; 采集时钟是16.666M,那个1个时钟周期就是1000÷16.666=60ns; 记住这两个时钟周期,很重要; 串行输出流程时序图如下: 在这里插入图片描述 这张图采用边转换边读取的方式,还有转换完成后再读取的方式,既然可以边转换边读取,为何还要等转换完成后再读取呢?所以我们直接用这种方式。 并行采集使用的则是转换完成后再读取的方式。 第一步:拉高RESET引脚至少至少50ns,数据手册规定如下: 在这里插入图片描述 第二步:拉低CONVSTA或者CONVSTB持续最多0.5ms(500ns),注意这里是最多,所以在代码里只需一个参考时钟周期足以,比如你用的100M,一个参考时钟周期就是10ns,当然,CONVSTA和CONVSTB也可同时拉低,这样就是8个通道同时采集,时间由数据手册得知,如下: 在这里插入图片描述 CONVSTA开启V1-V4通道的转换; CONVSTB开启V5-V8通道的转换; 原文如下: 在这里插入图片描述 第三步:等待BUSY为高后,拉低CS,这个BUSY是AD7606输出给用户的,表征AD转换正在进行,他有一个最大时间,我们一定要满足他的最大时间,不然人家还没转换完你就结束采集了,岂不唧唧了;那么,CS在什么时刻拉低呢?既然前面我们已经选择了边转换边读取的方式,所以在BUSY拉高的期间CS拉低,数据手册最大推荐4.15us,代码里直接设置5ms,由数据手册得知,如下: 在这里插入图片描述 流程看完了,来看具体的采集时序: 在这里插入图片描述 采集时序如下: 首先用户拉低CS,并给出SCLK到AD7606,AD7606在CS为低期间,在SCLK的上升沿输出数据(但根据时序图,我感觉是SCLK高电平期间输出的),一个通道一次转换后输出16位采样数据; 既然AD7606是在SCLK上升沿输出,那么FPGA就应该在SCLK下降沿采集(或者低电平采集); AD7606有8个模拟输入通道,串行输出模式下只有两个数字输出通道,每个输入通道输出16位采样数据; DOUTA对应CH1、CH2、CH3、CH4四个输出通道; DOUTB对应CH5、CH6、CH7、CH8四个输出通道; 因为每个输入通道输出16位采样数据,需要16个SCLK周期,所以4个输入通道输出16位采样数据,需要64个SCLK周期;那个我们需要一个计数器,计数到64时输出64位的采集数据,呢么采集到的每个通道数据对应如下: wire [15:0] ad_ch1 = ad_out_a[63:48]; wire [15:0] ad_ch2 = ad_out_a[47:32]; wire [15:0] ad_ch3 = ad_out_a[31:16]; wire [15:0] ad_ch4 = ad_out_a[15: 0]; wire [15:0] ad_ch5 = ad_out_b[63:48]; wire [15:0] ad_ch6 = ad_out_b[47:32]; wire [15:0] ad_ch7 = ad_out_b[31:16]; wire [15:0] ad_ch8 = ad_out_b[15: 0]; 转换状态机部分源码如下:

always @(posedge i_sys_clk) begin if(o_ad_rst||!i_rstn) begin ad_convst


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