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【紫光同創(chuàng)國(guó)產(chǎn)FPGA教程】【第二十章】AD9767雙通道正弦波產(chǎn)生例程
本原創(chuàng)教程由芯驛電子科技(上海)有限公司(ALINX)創(chuàng)作,版權(quán)歸本公司所有,如需轉(zhuǎn)載,需授權(quán)并注明出處()。適用于板卡型號(hào):PGL22G/PGL12G1.實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)練習(xí)使用AN9767模塊,實(shí)驗(yàn)中使用的模塊是采用ANALOGDEVICES公司的AD9767芯片,支持獨(dú)立雙通道、14位、125MSPS的數(shù)模轉(zhuǎn)換。在教程中介紹了利用該模塊與FPGA開發(fā)板相連輸出雙通道14位的正弦波,然后通過示波器查看把輸出的正弦波的波形。AN9767模塊實(shí)物照片如下:AN9767模塊正面圖AN9767模塊背面圖AN9767雙通道DA模塊的詳細(xì)參數(shù):DA轉(zhuǎn)換芯片:AD9767;通道數(shù):2通道;DA轉(zhuǎn)換位數(shù):14bit;DA更新速率:125MSPS;輸出電壓范圍:-5V~+5V;模塊PCB層數(shù):4層,獨(dú)立的電源層和GND層;模塊接口:40針2.54mm間距排座,方向向下;工作溫度:-40°~85°模塊使用芯片均滿足工業(yè)級(jí)溫度范圍輸出接口:2路BNC模擬輸出接口(用BNC線可以直接連接到示波器);2.實(shí)驗(yàn)原理2.1AN9767模塊原理框圖AN9767模塊的原理設(shè)計(jì)框圖如下:2.2AD9767芯片簡(jiǎn)介AD9767是雙端口、高速、雙通道、14位CMOSDAC,芯片集成兩個(gè)高品質(zhì)TxDAC+?內(nèi)核、一個(gè)基準(zhǔn)電壓源和數(shù)字接口電路,采用48引腳小型LQFP封裝。器件提供出色的交流和直流性能,同時(shí)支持最高125MSPS的更新速率。AD9767的功能框圖如下:2.3電流電壓轉(zhuǎn)換及放大AD9767的兩路DA輸出都為補(bǔ)碼形式的電流輸出IoutA和IoutB。當(dāng)AD9767數(shù)字輸入為滿量程時(shí)(DAC的輸入的14位數(shù)據(jù)都為高),IoutA輸出滿量程的電流輸出20mA。IoutB輸出的電流為0mA。具體的電流和DAC的數(shù)據(jù)的關(guān)系如下公式所示:其中IoutFS=32xIref,在AN9767模塊設(shè)計(jì)中,Iref的值由電阻R16的值決定,如果R16=19.2K,那Iref的值就是0.625mA。這樣IoutFS的值就是20mA。AD9767輸出的電流通過第一級(jí)運(yùn)放AD6045轉(zhuǎn)換成-1V~+1V的電壓。具體的轉(zhuǎn)換電路如下圖所示:第一級(jí)運(yùn)放轉(zhuǎn)換后的-1V~+1V的電壓通過第二級(jí)運(yùn)放變換到更高幅度的電壓信號(hào),這個(gè)運(yùn)放的幅度大小可以通過調(diào)整板上的可調(diào)電阻來改變。通過第二級(jí)運(yùn)放,模擬信號(hào)的輸出范圍高達(dá)-5V~+5V。下表為數(shù)字輸入信號(hào)和各級(jí)運(yùn)放輸出后的電壓對(duì)照表:DAC數(shù)據(jù)輸入值A(chǔ)D9767電流輸出第一級(jí)運(yùn)放輸出第二級(jí)運(yùn)放輸出3fff(14位全高)+20mA-1V+5V0(14位全低)-20mA+1V-5V2000(中間值)0mA0V0VAD9767芯片的數(shù)字接口可以通過芯片的模式管腳(MODE)來配置成雙端口模式(Dual)或者交叉(Interleaved)模式。在AN9767模塊設(shè)計(jì)中,AD9767芯片是工作在雙端口模式,雙通道的DA數(shù)字輸入接口是獨(dú)立分開的。雙端口模式(Dual)的數(shù)據(jù)時(shí)序圖如下圖所示:給AD9767芯片的DA數(shù)據(jù)通過時(shí)鐘CLK和寫信號(hào)WRT的上升沿輸入到芯片進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換。3.程序設(shè)計(jì)例程中提供了AN9767模塊的DA測(cè)試程序,通過AN9767模塊來實(shí)現(xiàn)正弦波信號(hào)的輸出。正弦波測(cè)試程序是通過讀取FPGA內(nèi)部的一個(gè)ROM中存儲(chǔ)的正弦波數(shù)據(jù),然后把正弦波的數(shù)據(jù)輸出到AN9767模塊進(jìn)行數(shù)模的轉(zhuǎn)換,從而得到正弦波的模擬信號(hào)。正弦波測(cè)試程序的示意圖如下:3.1生成ROM初始化文件程序中我們會(huì)用到一個(gè)ROM用于存儲(chǔ)1024個(gè)14位的正弦波數(shù)據(jù),首先我們需要準(zhǔn)備ROM的初始化文件。以下為生成正弦波ROM數(shù)據(jù)文件的方法:在軟件工具及驅(qū)動(dòng)文件夾下找到工具,其圖標(biāo)如下所示:雙擊.exe打開工具,打開界面如下:2.可以根據(jù)需要自選波形,本例程中選擇正弦波,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度1024,數(shù)據(jù)位寬14,其它默認(rèn):3.點(diǎn)擊保存按鈕,將生成的數(shù)據(jù)文件保存到工程目錄文件下(注意保存的文件類型.dat):4.保存后點(diǎn)擊確定后關(guān)閉工具將.dat文件保存到生成的RomIP核中即可,在字符顯示實(shí)驗(yàn)教程中已做介紹,這里不再重復(fù)。3.2雙通道正弦波發(fā)生程序`timescale1ns/1ps////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////Twosinewaveoutputs-10V~+10V//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////modulead9767_test(inputsys_clk,//inputclock50Mhzoutputda1_clk,//AD9767CH1clockoutputda1_wrt,//AD9767CH1enableoutput[13:0]da1_data,//AD9767CH1dataoutputoutputda2_clk,//AD9767CH2clockoutputda2_wrt,//AD9767CH2enableoutput[13:0]da2_data//AD9767CH2dataoutput);reg[9:0]rom_addr;wire[13:0]rom_data;wireclk_125M;assignda1_clk=clk_125M;assignda1_wrt=clk_125M;assignda1_data=rom_data;assignda2_clk=clk_125M;assignda2_wrt=clk_125M;assignda2_data=rom_data;//DAoutputsinwaveformalways@(negedgeclk_125M)begin
rom_addr<=
rom_addr
+1'b1;//The
output
sine
wave
frequency
is
122Khz//
rom_addr
<=
rom_addr
+
4
;
//The
output
sine
wave
frequency
is
488Khz//
rom_addr
<=
rom_addr
+
128
;
//The
output
sine
wave
frequency
is
15.6Mhz
endROM
ROM_inst(.clka(clk_125M),//
input
clka.addra(rom_addr),//
input
[8
:
0]
addra.douta(rom_data)//
output
[7
:
0]
douta);PLL
PLL_inst(//
Clock
in
ports.clk_in1
(sys_clk
),//
IN//
Clock
out
ports.clk_out1
(),//
OUT.clk_out2
(clk_125M
),//
OUT//
Status
and
control
signals.reset
(1'b0),//
IN.locked
());endmodule程序中通過一個(gè)PLLIP來產(chǎn)生125M的DA輸出時(shí)鐘,然后就是循環(huán)讀取存放在ROM中的1024個(gè)數(shù)據(jù),并同時(shí)輸出到通道1和通道2的DA數(shù)據(jù)線上。程序中可以通過地址的加1,加4,或者加128來選擇輸出不同的頻率的正弦波。4.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1)將AN9767模塊插入開發(fā)板擴(kuò)展口J8,注意1腳對(duì)齊,不要插錯(cuò)、插偏,不能帶電操作。2)用我們提供的BNC線連接AN9767的輸出到示波器的輸入如下圖,然后開發(fā)板上電,下載程序就可以從示波器上觀察從DA模塊輸出的模擬
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