数字电压表设计教程之使用FPGA实现SPI协议通讯

代码解析

LTC2308通过一个标准4线SPI数字接口进行通信。LTC2308模数转换芯片有8个ADC通道和12位的分辨率，输入信号时钟频率范围不超过500KHz，按照Nyquist采样定理则建议输入信号在250KHz以下。

以下是DE10-Standard开发板上的LTC2308电路：

从电路图可知，LTC2308的COM引脚接GND，代表当前DE10-Standard开发板上的LTC2308被固定为单极性输入。

LTC2308的SPI协议时序图如下：

LTC2308控制模块（adc_ltc2308.v）框图如下：

信号列表如下：

模块参数设计：

DE10-Standard开发板手册（DE10-Standard_User_manual.pdf）提到如果想设置采样率100Ksps，只需设置tHCONVST 为 320即可。接下来看看320这个数值是如何计算出来的。

根据LTC2308数据手册我们知道其最高采样率是500ksps， SCK最高能达到40MHz， tCONV 的典型值是1.3 us，最大值是 1.6 us。100Ksps的时间周期是10us，40MHz的时间周期是25ns。一次整个过程（包括转换和采样）要占用10us/25ns=400 个周期。1.6us/25ns= 64， 那么tCONV 最多占用64个时钟周期。

根据时序图和代码来看，64+12+320=396大约是400 。

adc_ltc2308.v代码里面参数设定如下：

代码详解：

一旦检测到触发信号measure_start的上升沿，adc_ltc2308 模块的系统复位信号就置0：

设计一个计数器，对LTC2308的一次完整转换和采集过程所需的时钟周期数进行数节拍：

输出ADC_CONVST信号（也就是标记出tWHCONV时间段）：

输出SCK时钟，ADC_SCK周期为40MHz，但每一次只有12个周期输出，其他时间输出低电平0 ：

在clk下降沿时刻，将转换完成的数据写入到到寄存器中：

measure_done是一次采集完成标志，每次检测到LTC2308的触发信号上升沿时measure_done信号归0，当一次采集完成后置1：

measure_done是一次转换+传输+采样完成的标志，measure_done信号在开始新一轮采样后清0，当传输完成后置1：

reset_n、clk_enable、measure_done、ADC_CONVST和ADC_SCK信号波形标出如下：

根据输入（measure_ch）的通道选择不同的配置字存储到寄存器config_cmd：

然后根据LTC2308的时序图标记出配置字的三个阶段（三个状态）：config_init（配置初始化时间段） 、config_enable（可配置时间段） 和 config_done（配置完成时间段）。

config_init（配置初始化时间段）：初始状态下，将配置字的高字节赋给ADC_SDI

config_enable（可配置时间段）：将配置字剩余的5个bit逐个赋给ADC_SDI

config_done（配置完成时间段）：配置完成阶段将0赋给ADC_SDI

打开~DE10_Standard_ADCstp1.stp 文件（关于Signaltap调试工具的使用请参考之前的推文：SDRAM读写），采样时钟设置的是PLL outclk_0输出的100M，ADC_CONVST作为触发信号：

可得到 LTC2308控制模块（adc_ltc2308.v）内部信号的波形如下。

测量11次，第一次的数据忽略， 取后面10次的数据:

ADC_CLK 输出12个时钟周期：

若 stp1.stp 文件采样时钟设置为PLL outclk_1输出的40M，则波形细节如下：

ADC_CONVST占用4个时钟周期（tick=0、1、2、3）：