FPGA零基础学习之TLC5620驱动教程

在FPGA处理完数字信号之后，我们有些情况下是需要将数字信号转变为模拟信号再输出的。比如音频信号在滤波后，需要转换为声音信号进行输出。此次，我们要讲数字信号转换为电压信号进行输出，以便我们后续可以用示波器之类的器械观察信号。

我们采用的芯片为TLC5620，是一款8bit四通道的数模转换器。

在四路通道中，我们可以设置4种不同的参考电压进行转换使用。但是在此次实验中，我们采用的四路参考电压一样，如下图：

接下来我们介绍一下此芯片的一些特征以及手册对芯片的描述。下图为官方手册对芯片的一段描述：

TLC5620是一款使用3线串行总线控制的芯片。11bit的命令中包含8bit数据、2bit通道选择、1bit输出范围选择bit。输出范围选择，可以输出一倍或者两倍的参考电压差值范围。当两级锁存器都打开时，新的数据可以进入到芯片。下图为芯片的框图：

端口介绍：

我们的数据为8bit，那也就是将电压范围划分为256份，我们的数字信号会对应成电压进行输出，所以我们的输出电压的计算公式为：

接下来我们看一下时序图：

当LOAD为高电平时，数据被锁存进DATA在每一个时钟下降沿，一旦数据所有的bit被采集到，LOAD被拉低，将寄存器中的数据传输到被选择的DAC中。如图一所示，当LDAC为低电平时，LOAD信号拉低，被选择的DAC芯片输出电压会更新。如果LDAC为高电平，电压更新将会被禁止，直到我们将LDAC拉低，如图二：

对于我们的通道选择，如下图：

当RNG=0时，输出电压为一倍范围，当RNG=1时，输出电压为两倍范围。

接下来，我们来做一下芯片的驱动，同样可以使用线性序列机。转换总周期为11us的时间。

首先我们先新建工程。

新建代码文件，写入代码：

驱动代码如下：

1   module tlc5620_driver(
2     
3     input   wire          clk,
4     input   wire          rst_n,
5     input   wire    [7:0] data,
6     
7     output  reg           da_clk,
8     output  reg           da_data,
9     output  wire          da_ldac,
10    output  reg           da_load
11  );
12
13    parameter   t = 550;
14    parameter   select_bit  = 2'b00;
15    parameter   RNG   = 1'b1;     //0代表输出1倍，1代表输出两�??
16    
17    reg     [9:0]     cnt;
18    
19    assign da_ldac = 1'b0;
20
21    always @ (posedge clk, negedge rst_n)
22    begin
23    if(rst_n == 1'b0)
24      cnt <= 10'd0;
25    else if(cnt == t - 1)
26      cnt <= 10'd0;
27    else
28      cnt <= cnt + 1'b1;
29    end
30    
31    always @ (posedge clk, negedge rst_n)
32    begin
33    if(rst_n == 1'b0)
34      begin
35      da_clk <= 1'b0;
36      da_data <= 1'b0;
37      da_load <= 1'b1;
38      end
39    else
40      case(cnt)
41      0     : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= select_bit[1]; da_load <= 1'b1; end
42      24    : begin da_clk <= 1'b0; end
43      49    : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= select_bit[0]; end
44      74    : begin da_clk <= 1'b0; end
45      99    : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= RNG; end
46      124   : begin da_clk <= 1'b0; end
47      149   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[7]; end
48      174   : begin da_clk <= 1'b0; end
49      199   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[6]; end
50      224   : begin da_clk <= 1'b0; end
51      249   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[5]; end
52      274   : begin da_clk <= 1'b0; end
53      299   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[4]; end
54      324   : begin da_clk <= 1'b0; end
55      349   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[3]; end
56      374   : begin da_clk <= 1'b0; end
57      399   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[2]; end
58      424   : begin da_clk <= 1'b0; end
59      449   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[1]; end
60      474   : begin da_clk <= 1'b0; end
61      499   : begin da_clk <= 1'b1; da_data <= data[0]; end
62      524   : begin da_clk <= 1'b0; end
63      529   : begin da_load <= 1'b0; end
64      default : ;
65      endcase
66    end
67   
68  endmodule

在写驱动代码时，我们需要注意时序图中的一些时间要求，比如，数字信号的建立时间和保持时间，以及load信号的建立时间与保持时间。时间要求如下图：

由上图可以得出结论，芯片的驱动时钟最大为1MHz。数据的建立时间与保持时间最小值都为50ns。如果我们在时钟上升沿发送数据，那么我们发送的数据，建立时间与保持时间最小值为500ns。满足条件。

接下来我们写一下仿真看一下波形。

代码如下：

1   `timescale 1ns / 1ps
2 
3   module tlc5620_driver_tb;
4 
5     reg           clk;
6     reg           rst_n;
7     reg     [7:0] data;
8     
9     wire       da_clk;
10    wire       da_data;
11    wire       da_ldac;
12    wire       da_load;
13
14    initial begin
15      clk = 1'b0;
16      rst_n = 1'b0;
17      data = {$random}%256;
18      #105;
19      rst_n = 1'b1;
20      #11000;
21      repeat(10) begin
22        data = {$random}%256;
23        #11000;
24      end
25      #1000;
26      $stop;
27    end
28
29    always #10 clk = ~clk;
30    
31    tlc5620_driver tlc5620_driver_inst(
32    
33      .clk      (clk  ),
34      .rst_n    (rst_n  ),
35      .data      (data  ),
36      
37      .da_clk    (da_clk),
38      .da_data    (da_data),
39      .da_ldac    (da_ldac),
40      .da_load    (da_load)
41  );
42
43  endmodule

运行波形，观察仿真波形：