小梅哥和你一起深入學(xué)習(xí)FPGA之DAC驅(qū)動

　　本實(shí)驗(yàn)中，我們使用FPGA來驅(qū)動了一片DAC芯片TLC5620，該芯片的特性如下所示：

　　TLC5620特性：

　　4路8位電壓輸出;

　　單電源5V供電;

　　串行接口;

　　參考電壓輸入高阻;

　　可編程的1次或2次輸出范圍;

　　同時更新的能力;

　　內(nèi)部自帶上電復(fù)位功能;

　　低功耗;

　　半緩沖輸出。

　　小梅哥設(shè)計(jì)的該芯片的驅(qū)動模塊的接口如下所示：

　　各個端口定義如下：

　　以下是代碼片段：

　　input Clk;

　　input Rst_n;

　　input Do_DA; /*使能單次轉(zhuǎn)換*/

　　input [10:0]Data;/*{Addr1,Addr0,Range,Data_bit[7:0]}*/

　　output reg DAC_Dout; /*DAC數(shù)據(jù)線*/

　　output reg DAC_Clk; /*DAC時鐘線，最高速度1M*/

　　output reg DAC_LDAC; /**/

　　output reg DAC_LOAD; /**/

　　output reg DA_Done; /*單次轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志信號*/

　　該芯片提供了類似于SPI的數(shù)字接口，因此，我們只需要使用該接口與芯片進(jìn)行通信，再配合LOAD和LDAC兩個控制線，即可實(shí)現(xiàn)對該DAC芯片的控制。TLC5620一次轉(zhuǎn)換的操作時序如下：

　　圖1 TLC5620單次轉(zhuǎn)換時序圖

　　TLC5620每次寫入的數(shù)據(jù)為11位，其中前兩位為DAC選擇位A1、A0，通過不同的組合可以選擇不同通道的DAC，具體分配為：

　　表1 DAC通道選擇位與對應(yīng)通道關(guān)系

　　第三位是電壓輸出增益位，0代表不變，1代表兩倍，當(dāng)設(shè)定參考電壓為2.5V時，取這一位為1就可以得到最高5V的輸出電壓。后面8位是數(shù)據(jù)位，其中第四位是數(shù)據(jù)的最高位。對于TLC5620的輸出電壓公式是：

　　VO=VREF ×CODE/256×(1+RNG)

　　VREF是參考電壓，CODE是待轉(zhuǎn)換的8位二進(jìn)制代碼，RNG是增益倍數(shù)。

　　寫入數(shù)據(jù)時，首先LOAD和LDAC寫高電平，這樣在CLK的每個下降沿寫入的每位數(shù)據(jù)被鎖存到DATA端，當(dāng)11位數(shù)據(jù)傳送完畢后，拉低LOAD，芯片根據(jù)前兩位數(shù)據(jù)，判斷是哪一路DAC通道，然后將8位數(shù)據(jù)移入相應(yīng)的通道，進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，這時拉低LDAC，再拉高LDAC，就可以再下次轉(zhuǎn)化之前，保持此次的模擬輸出。

　　TLC5620正常工作時的具體電壓和時間參數(shù)如下表所示，通過該表，可知該芯片串行數(shù)字接口的時鐘信號(CLK)最高為1MHz。該參數(shù)將作為我們采用FPGA產(chǎn)生TLC5620數(shù)字接口時鐘的依據(jù)。同時，還有輸入數(shù)據(jù)建立時間tsu(data-clk)為50ns，即，FPGA數(shù)據(jù)送出，到能夠被TLC5620正常讀取，至少需要50ns，因此FPGA單位數(shù)據(jù)輸出保持時間不得少于50ns。tv(data-clk)為時鐘下降沿到來后多久時間數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)才能被芯片內(nèi)部采集，該時間確定了，時鐘下降沿出現(xiàn)多久后，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)可以被更新。tsu(LOAD-LDAC)為LOAD的上升沿到LDAC下降沿的建立時間，這里最小為0ns，因此忽略，即兩者同時發(fā)生即可。tw(LDAC)為LDAC低電平所需的最短時間，為250ns。

　　表2 TLC5620關(guān)鍵參數(shù)

　　通過對TLC5620一次完整轉(zhuǎn)換的時序進(jìn)行分析，列出以下序列機(jī)對應(yīng)的序列點(diǎn)：該序列機(jī)總共包含26個點(diǎn)，其中，當(dāng)Cnt1=0(ST0)時，為空閑態(tài)，ST1—ST22為數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，ST23時拉低LOAD，即將數(shù)據(jù)加載入對應(yīng)通道的DAC中，ST24時釋放LOAD，同時拉低LDAC，以產(chǎn)生LDAC的下降沿，將對應(yīng)通道的模擬輸出保持住。ST25拉高LDAC，完成一次轉(zhuǎn)換。

　　表3 TLC5620單次轉(zhuǎn)換控制序列機(jī)

　　序列機(jī)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)條件如下

　　表4 TLC5620序列機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)條件