FPGA AD模块学习

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ADC转换控制时序分析

图中信息：

  1. RESET 信号用于对 AD7606 芯片的复位，复位的高电平时间参数为tRESET=50ns，高电平时间不能短于该时间；
  2. 复位和转换信号CONVSTA/CONVSTB的上升沿时间参数t7=25ns，复位信号下降沿与CONVSTA/CONVSTB上升沿间隔不能短于该时间；
  3. CONVSTA/ CONVSTB的低电平时间参数t2=40ns，低电平时间不能短于该时间；
  4. CONVSTA/ CONVSTB如果不是同步，那么他们之间的时间差不能超过t5=0.5ms；
  5. 转换周期tCYCLE=5us；
  6. BUSY信号为高电平代表数据正在转换，转换时间参数tCONV为最大4.15us，最长转换时间为该时间；
  7. CS信号和BUSY信号有一个时间参数t6不能大于25ns。

ADC SPI 时序

每次CS之后的第一个上升沿时钟我们就是开始采样数据，没16次完成一路ADC的采集。
对于AD7606具有8路ADC，DOUTA对于14路ADC通道，DOUTB对应58路ADC通道。而且ADC的2组4个通道可以一次性完成采集，也就是说16X4共计64个时钟上升沿完成4路ADC采集，DOUTA和DOUTB各4路。

示波器使用学习

示波器照片：

Function一栏中，可以选择不同波形，包含正弦波(Sine)、方波(Square)、锯齿波(Ramp)、脉冲波(Pulse)以及其他波形。

  1. 正弦波、方波、锯齿波、脉冲波，均可以设置其频率、相位、振幅、偏置。其中，频率可以直接设置，也可以设置周期来间接设置；振幅与偏置可以通过高低电平来间接设置。
  2. 点击菜单栏可以选择设置波的各个参数，也可以直接点击右侧按键来设置。
  3. 锯齿波相较前两个类型的波，多一个对称性的参数，可以通过设置对称性来控制上升沿与下降沿的斜率。对称性即上升沿波段占整个周期的比例，该参数越小，则电压上升越快，反之越慢。
  4. 脉冲波相比前面两个波，多了脉冲宽度、上升沿时长、下降沿时长。脉冲宽度即脉冲上升沿、下降沿等于50%Um时的时间间隔，可以直接设置每个周期内时长，也可以设置在每个周期内的比例；上升沿、下降沿时长最小设置为18ns。
  5. 点击“More···”键，可以选择生成其他形式的波形，包括sin(x)/x、噪声、直流、高斯等多种波形。

Run Mode一栏中，可以选择工作模式，包含连续模式(Continuous)、调制模式(Modulation)、扫描模式(Sweep)、脉冲模式(Burst)。其中各种信号可以在Function栏中选择波形。

  1. 连续模式即正常的波形。
  2. 调制模式将另一个信号调制到输出信号上，包括调频、调幅等。可以设置调制信号的信号源、频率、波形、深度。
  3. 扫描模式允许用户在指定频率内以一定速率或步进，改变输出信号的频率。
  4. 通过调节脉冲宽度(即占空比)，可以控制模拟信号的频率。

示波器四种工作模式

其他功能可以通过按Help按键查看讲解内容。

尝试进行采样

AD板卡采样率：200kbps
采样率在代码中实现：

//设置采样频率
reg [9:0] tcnt5us;
wire cycle_end = (tcnt5us == T5US_DIV);
// tcnt5us=500时，cycle_end为高电平，且tcnt5us变为0
//  ad_clk_i频率为100MHz，周期为10ns
always@ (posedge ad_clk_i)begin   
     if(ad_rst_o)
         tcnt5us <= 10'd0;
     else if(tcnt5us < T5US_DIV)
         tcnt5us <= tcnt5us + 1'b1;
     else   
         tcnt5us <= 10'd0;
end

支持真正±10V 或±5V 的双极性信号输入，实验代码中使用assign ad_range_o = 1'b1;来进行约束。

完成代码并生成比特流文件后，将比特流文件烧录到开发板上。

在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.56～4倍。
本次采样使用示波器产生2KHz的正弦波信号，发送至AD板卡第一个通道，显示效果：
观察可见，显示的采样信号为正弦波。

在图中采样的信号数据中，观察可以注意到，ad_ch1通道采样的就是输入的信号；与此同时，ad_ch2、ad_ch3、ad_ch4均为杂波，但是ad_ch2的杂波可以观察到整体仍然有一定的正弦波特征，且周期与输入信号一致，基本可以认为，在ad_ch1通道采样的信号会对ad_ch2通道造成影响。猜想，ad_ch2的干扰与ad_ch1采样信号的导数有关。
将输入信号调整为方波，再次采样： 图中可见，在方波信号上升沿与下降沿处，ad_ch2会有明显的变化，可以基本认为猜想正确。

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