小梅哥和你一起深入學習FPGA之DAC驅動

　　線性序列機計數器Cnt1的控制代碼如下：

　　以下是代碼片段：

　　always @(posedge Clk or negedge Rst_n)

　　if(!Rst_n)

　　Cnt1 <= 5'd0;

　　else if(Cnt_State == DO_CNT)

　　begin

　　if(Cnt1 == 5'd25)

　　Cnt1 <= 5'd0;

　　else if(Cnt2 == Cnt2_Top)

　　Cnt1 <= Cnt1 + 1'b1;

　　else

　　Cnt1 <= Cnt1;

　　end

　　else

　　Cnt1 <= 5'd0;

　　其中，涉及到了兩個狀態，當Cnt_State = 0時，表示沒有轉換請求，即系統處于空閑狀態，DAC不工作，當外部有轉換請求時，則系統進入轉換狀態，每當計數使能信號到來時，Cnt1自加一，當Cnt1=25后，表明一次轉換完成，將計數器清零，同時狀態跳回空閑態，等待下一次使能信號的到來。具體的狀態轉移圖如下所示：

　　圖2 系統狀態轉移圖

　　該狀態機的代碼對應如下：

　　以下是代碼片段：

　　always @(posedge Clk or negedge Rst_n)

　　if(!Rst_n)

　　Cnt_State <= IDEL;

　　else

　　begin

　　case(Cnt_State)

　　IDEL:

　　if(Do_DA)

　　Cnt_State <= DO_CNT;

　　else

　　Cnt_State <= IDEL;

　　DO_CNT:

　　if(Cnt1 == 5'd25)

　　Cnt_State <= IDEL;

　　else

　　Cnt_State <= DO_CNT;

　　default:;

　　endcase

　　end

　　因此，我們，只需要將Do_DA給出1個時鐘周期的高脈沖，即可啟動一次轉換。同時，在檢測到該脈沖時，模塊內部會將數據端口Data上的數據讀入到內部數據寄存器中，代碼如下：

　　以下是代碼片段：

　　always@(posedge Clk or negedge Rst_n)

　　if(!Rst_n)

　　Data_r <= 10'd0;

　　else if(Do_DA)

　　Data_r <= Data;

　　else

　　Data_r <= Data_r;

　　同時，為了產生1MHz的時鐘，系統中使用了一個計數器Cnt2來專門產生該信號，該計數器對系統時鐘進行計數，如當系統時鐘為50M(周期為20ns)時，Cnt2計數到24，即計數了500ns，產生一個時鐘周期的標志信號，則Cnt1在檢測到這個標志信號后，便會自加1，因此，該標志信號出現兩次則表明計時1000ns，對應時鐘頻率為1Mhz，即DAC芯片數字接口的時鐘頻率。該部分代碼如下：

　　以下是代碼片段：

　　always @ (posedge Clk or negedge Rst_n)

　　if(!Rst_n)

　　Cnt2 <= 5'd0;

　　else if(Cnt_State == DO_CNT)

　　begin

　　if(Cnt2 == Cnt2_Top)

　　Cnt2 <= 5'd0;

　　else

　　Cnt2 <= Cnt2 + 1'b1;

　　end

　　else

　　Cnt2 <= 5'd0;

　　為了兼容不同的系統時鐘，這里采用參數化定制，得出對應的計數最大值，具體代碼如下：

　　以下是代碼片段：

　　Localparam system_clk = 50_000_000; /*系統時鐘*/

　　Localparam Cnt2_Top = system_clk / 1_000_000 / 2 - 1; /*500ns技術器計數最大值*/

　　系統時鐘設置為50M，則計數最大值為50000000/1000000/2– 1 = 24，當系統時鐘改變后，只需要修改system_clk的值，即可保證Cnt2計數一次的時間為500ns。

　　最后，附上主序列中的操作代碼：

　　以下是代碼片段：

　　always@(posedge Clk or negedge Rst_n)

　　if(!Rst_n)

　　begin

　　DAC_Dout <= 1;

　　DAC_Clk <= 0;

　　DAC_LOAD <= 1;

　　DAC_LDAC <= 1;

　　DA_Done <= 1;

　　end

　　else

　　begin

　　case(Cnt1)

　　0:

　　begin

　　DAC_Dout <= 1;

　　DAC_Clk <= 0;

　　DAC_LOAD <= 1;

　　DAC_LDAC <= 1;

　　DA_Done <= 1;

　　end

　　1:begin DAC_Dout <= Data_r[10]; DAC_Clk <= 1;DA_Done <= 0;end

　　2:DAC_Clk <= 0;

　　3:begin DAC_Dout <= Data_r[9]; DAC_Clk <= 1;end

　　4:DAC_Clk <= 0;

　　5:begin DAC_Dout <= Data_r[8]; DAC_Clk <= 1;end

　　6:DAC_Clk <= 0;

　　7:begin DAC_Dout <= Data_r[7]; DAC_Clk <= 1;end

　　8:DAC_Clk <= 0;

　　9:begin DAC_Dout <= Data_r[6]; DAC_Clk <= 1;end

　　10:DAC_Clk <= 0;

　　11:begin DAC_Dout <= Data_r[5]; DAC_Clk <= 1;end

　　12:DAC_Clk <= 0;

　　13:begin DAC_Dout <= Data_r[4]; DAC_Clk <= 1;end

　　14:DAC_Clk <= 0;

　　15:begin DAC_Dout <= Data_r[3]; DAC_Clk <= 1;end

　　16:DAC_Clk <= 0;

　　17:begin DAC_Dout <= Data_r[2]; DAC_Clk <= 1;end

　　18:DAC_Clk <= 0;

　　19:begin DAC_Dout <= Data_r[1]; DAC_Clk <= 1;end

　　20:DAC_Clk <= 0;

　　21:begin DAC_Dout <= Data_r[0]; DAC_Clk <= 1;end

　　22:DAC_Clk <= 0;

　　23:DAC_LOAD <= 0;

　　24:begin DAC_LOAD <= 1; DAC_LDAC <= 0; end

　　25:begin DAC_LDAC <= 1; DA_Done <= 1; end

　　default:;

　　endcase

　　end

　　該設計的仿真結果如下如所示：

　　由該仿真結果可知，時鐘頻率為1MHz，滿足芯片工作要求，其它時序均與手冊給出的時序保持一致。為了設計簡潔，這里將LOAD和LDAC的低電平脈沖時間都設置為了500ns，而非最小時間250ns，這里主要是為了方便序列機的設計。當然，如此設計在一定程度上會影響DAC 的轉換速率，不過在大多數應用場合已經足夠，如需更加高效的設計，只需要對代碼稍加修改即可。

　　本驅動的testbench編寫較為簡單，這里只附上對應代碼，不做詳細解釋：

　　以下是代碼片段：

　　`timescale 1ns/1ns

　　module TLC5620_Driver_tb;

　　reg Clk;

　　reg Rst_n;

　　reg Do_DA; /*使能單次轉換*/

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

　　wire DAC_Dout; /*DAC數據線*/

　　wire DAC_Clk; /*DAC時鐘線，最高速度1M*/

　　wire DAC_LDAC; /**/

　　wire DAC_LOAD; /**/

　　wire DA_Done; /*單次轉換完成標志信號*/

　　TLC5620_Driver u1(

　　.Clk(Clk),

　　.Rst_n(Rst_n),

　　.Do_DA(Do_DA),

　　.Data(Data),

　　.DAC_Dout(DAC_Dout),

　　.DAC_Clk(DAC_Clk),

　　.DAC_LDAC(DAC_LDAC),

　　.DAC_LOAD(DAC_LOAD),

　　.DA_Done(DA_Done)

　　);

　　initial begin

　　Clk = 1;

　　Rst_n = 0;

　　Do_DA = 0;

　　Data = 11'd0;

　　#200;

　　Rst_n = 1;

　　#400;

　　Data = 11'b110_1011_1001;

　　Do_DA = 1;

　　@(posedge DA_Done)

　　Data = 11'b110_0000_1111;

　　#20

　　Do_DA = 1;

　　#20;

　　Do_DA = 0;

　　@(posedge DA_Done)

　　Data = 11'b110_1111_0000;

　　#20

　　Do_DA = 1;

　　#20;

　　Do_DA = 0;

　　@(posedge DA_Done)

　　#400;

　　$stop;

　　end

　　always #10 Clk = ~Clk;

　　endmodule

　　因為時間關系，這里只開發了該芯片的驅動，并用modelsim對該驅動進行了仿真，詳細的調試和應用，小梅哥將在下一個實驗中介紹。