ZYNQ-FPGA-AD\DA（高速）_fpga 高速 ad采集

一、简介

        ADC是analog to digital converter也就是代表模拟转数字

        DAC是digital to analog converter是数字转模拟

性能指标：

        通常我们关注转换速率以及分辨率两个指标

        转换速率：每秒可以采集多少个点

        分辨率：分辨率是由数据位宽决定，位宽越大越精准（例如0.21比0.2更精准）

其中本次ad da实验采用串并比较型是较快的速度

        DA 芯片（AD9708/3PD9708，两款芯片兼容）输出的是一对差分电流信号，通过高性能和高带宽的运放电路，实现差分变单端以及幅度调节等功能，使整个电路性能得到了最大限度的提升，最终输出的模拟电压范围是-5V~+5V。
        AD 芯片(AD9280/3PA9280，两款芯片兼容)的输入模拟电压转换范围是0V~2V，所以电压输入端需要先经过电压衰减电路，使输入的-5V~+5V 之间的电压衰减到0V~2V 之间，然后经过AD 芯片将模拟电压信号转换成数字信号。

        CLOCK 的时钟频率越快，AD9708 的数模转换速度越快，AD9708 的时钟频率最快为
125Mhz。当输入数据为0时候 ad9708输出5V 输入数据为255时，ad9708输出电压为-5v（因为其外部有一个反相放大电路）（da）

        AD9280 芯片的最大转换速度是32MSPS，即输入的时钟最大频率为32MHz。（ad）

        AD9280 支持输入的模拟电压范围是0V 至2V，0V 对应输出的数字信号为0，2V 对应输出的数字信号为255。

        在当前采样周期后三个周期才可以得到ad输出的data如下图

        

二、实验内容

2.1实验任务

        用软件产生一个正弦波，将该正弦波存储在rom中（数字信号），使用da模块先将数字信号转化为模拟信号，再采用ad模块将其输出的模拟信号转化为数字信号，再用ila抓取输出的数字信号检测波形是否正确。

2.2实验框图

  

        其中da和ad的时钟频率不超过其传输的最大速度即可（ad32MHz）（da125Mhz）

        为什么要采用25mhz deg120的信号？

        由此图可得，ad的数据采样信号的时钟并不在输出数据的正中间，因此可能会出现采样的亚稳态，为调整ila采样时候的稳定，因此我们需要120°相位。

        为什么da模块需要180°时钟相位？

        若使用无相位的是时钟（即数据发送时钟），则其上升沿采样时恰巧是数据改变的时候，会出现亚稳态，若选择加入半个相位，会使得采样时钟再数据中心点。

2.3软件生成正弦波

        采用正点原子开发的软件可以生成正弦波数据，并可以选择位宽、深度、倍频。

        这里位宽是选择和芯片一样的位宽即可，adda芯片位宽为8；深度表示一个周期用多少个点来表示这个正弦波，点数越大正弦波越精确（类似于二分法）（注意rom的位宽深度应该与上位机一致）；倍频，即可以提升正弦波频率（频率高容易失真）

        最后将生产的coe文件载入rom中就行。

三、代码实现

        3.1IP核配置

        本次实验需要配置锁相环（PLL）进行分频以及ROM模块提前载入正弦波的数据

        3.2数据发送模块        

        该模块需要读取rom中的数据（需要发送地址给rom），并发送给后面的da模块，顺带输出180°相位的驱动时钟（对原时钟取反即可）。

module       send_data(
    input                   clk     ,
    input                   rst     ,
    
    //rom
    output      reg [7:0]   rd_addr ,
    input           [7:0]   rd_data ,
    output                  rom_en ,
    
    //da
    
    output                  da_clk  ,
    output          [7:0]   da_data 
    
    
);
reg                 [2:0]  freq_cnt ; //降低波形频率计数器
parameter              FREQ    =   5;
 
assign         da_clk  =   ~clk     ;
assign         da_data =  rd_data   ;
assign         rom_en = 1'b1;
always @(posedge clk or negedge rst ) begin 
    if (!rst ) 
        freq_cnt <= 3'b0 ;
    else if (freq_cnt < FREQ )
        freq_cnt <= freq_cnt + 3'b1 ;
    else 
        freq_cnt <= 3'b0 ;
end
        
 
 
always @(posedge clk or negedge rst ) begin 
    if (!rst )  
        rd_addr <= 8'b0 ;
    else if ((freq_cnt == FREQ) &&(rd_addr < 8'd255 ))  
        rd_addr  <= rd_addr + 8'b1 ;    
    else if ((freq_cnt == FREQ) &&(rd_addr == 8'd255 ))  
        rd_addr <= 8'b0 ;
    else 
        rd_addr  <= rd_addr;
end        
        
        
endmodule

        在这个模块定义了一个计数器使得每计数6个才改变一次rom地址读取，说明我们降低原始正弦波频率到了六分之一。

        3.3顶层模块

        由于ad和da是模块并只需要输入数据即可进行工作，因此不需要对这两个模块进行驱动，只需要插好线即可。

module    ad_da_top(
    input                   sys_clk   ,
    input                   sys_rst   ,
//da
    output                  da_clk    ,
    output         [7:0] da_data   ,
//ad             
    input          [7:0]    ad_data   ,
    input                      ad_otr    ,
    output                   ad_clk   
);
wire           clk_50m;
wire           clk_25m;
wire           clk_25m_120deg;
wire           rom_en ;
wire           locked ;
wire  [7:0]    rd_addr;
wire  [7:0]    rd_data;
clk_wiz_0 u_clk_wiz_0
   (
    // Clock out ports
    .clk_out1(clk_50m),     // output clk_out1
    .clk_out2(ad_clk),     // output clk_out2 25m
    .clk_out3(clk_25m_120deg),     // output clk_out3
    // Status and control signals
    .locked(locked),       // output locked
   // Clock in ports
    .clk_in1(sys_clk)
    );    
 
blk_mem_gen_0  u_blk_mem_gen_0 (
  .clka(clk_50m),    // input wire clka
  .ena(rom_en),      // input wire ena
  .addra(rd_addr),  // input wire [7 : 0] addra
  .douta(rd_data)  // output wire [7 : 0] douta
);
 
send_data u_send_data(
        .clk      (  clk_50m          ),
        .rst      (  sys_rst          ), 
        .rd_addr  (  rd_addr          ),
        .rd_data  (  rd_data          ),
        .rom_en   (  rom_en          ), 
        .da_clk   (  da_clk          ),
        .da_data  (  da_data          )
);
 
 
 
ila_0 u_ila_0 (
	.clk(clk_25m_120deg), // input wire clk
 
 
	.probe0(ad_otr), // input wire [0:0]  probe0  
	.probe1(ad_data), // input wire [7:0]  probe1 
	.probe2(da_data), // input wire [7:0]  probe2 
	.probe3(rd_data) // input wire [7:0]  probe3
);
 
 
 
 
 
endmodule 

四、下载验证

        下载验证时候是没有任何数据的，因为ila调试频率应至少大于JATG下载频率的2.5倍，否则ila无法得到调试信息。设置方法如下：

        在下载后选择Xilinx tcf，在点击下方的properties可以看到PARAM选项，展开来可以看见可以设置频率，将其频率调整到满足2.5倍小于ila采样频率即可