【紫光同創(chuàng)國產(chǎn)FPGA教程】【第十七章】AD實(shí)驗(yàn)之AD9238波形顯示

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適用于板卡型號：

PGL22G/PGL12G

1. 實(shí)驗(yàn)簡介

本實(shí)驗(yàn)練習(xí)使用ADC，實(shí)驗(yàn)中使用的ADC模塊型號為AN9238，最大采樣率65Mhz，精度為12位。實(shí)驗(yàn)中把AN9238的2路輸入以波形方式在HDMI上顯示出來，我們可以用更加直觀的方式觀察波形，是一個(gè)數(shù)字示波器雛形。

2. 實(shí)驗(yàn)原理

黑金高速AD模塊AN9238為2路65MSPS， 12位的模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號模塊。模塊的AD轉(zhuǎn)換采用了ADI公司的AD9238芯片， AD9238芯片支持2路AD輸入轉(zhuǎn)換，所以1片AD9238芯片一共支持2路的AD輸入轉(zhuǎn)換。模擬信號輸入支持單端模擬信號輸入，輸入電壓范圍為-5V~+5V，接口為SMA插座。

AN9238模塊的原理設(shè)計(jì)框圖如下：

關(guān)于AD9238的電路具體參考設(shè)計(jì)請參考AD9238的芯片手冊。

2.1 單端輸入及運(yùn)放電路

單端輸入AD1和AD2通過J5或者J6兩個(gè)SMA頭輸入，單端輸入的電壓為-5V~+5V。

板上通過運(yùn)放AD8065芯片和分壓電阻把-5V~+5V輸入的電壓縮小成-1V~+1V。如果用戶想輸入更寬范圍的電壓輸入只要修改前端的分壓電阻的阻值。

下表為模擬輸入信號和AD8065運(yùn)放輸出后的電壓對照表：

2.2 單端轉(zhuǎn)差分及AD轉(zhuǎn)換

-1V~+1V的輸入電壓通過AD8138芯片轉(zhuǎn)換成差分信號（VIN+ ? VIN?）， 差分信號的共模電平由AD的CML管腳決定。

下表為模擬輸入信號到AD8138差分輸出后的電壓對照表：

2.3 AD9238轉(zhuǎn)換

默認(rèn)AD是配置成offset binary的，AD轉(zhuǎn)換的值如下圖所示：

在模塊電路設(shè)計(jì)中，AD9238的VREF的值為1V，這樣最終的模擬信號輸入和AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)如下：

從表中我們可以看出，-5V輸入的時(shí)候，AD9238轉(zhuǎn)換的數(shù)字值最小，+5V輸入的時(shí)候，AD9238轉(zhuǎn)換的數(shù)字值最大。

2.4 AN9238數(shù)字輸出時(shí)序

AD9238雙通道AD的數(shù)字輸出為+3.3V的CMOS輸出模式，2路通道(A和B）獨(dú)立的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘。AD數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上降沿轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，FPGA端可用AD時(shí)鐘的采樣AD數(shù)據(jù)。

3. 程序設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)顯示部分是基于前面的已有的實(shí)驗(yàn)，在彩條上疊加網(wǎng)格線和波形。

timing_gen_xy模塊完成視頻圖像的坐標(biāo)生成，x坐標(biāo)，從左到右增大，y坐標(biāo)從上到下增大。

timing_gen_xy模塊端口

grid_display模塊主要完成視頻的網(wǎng)格線疊加，本實(shí)驗(yàn)將彩條視頻輸入，然后疊加一個(gè)網(wǎng)格后輸出，提供給后面的波形顯示模塊使用。

grid_display模塊端口

wav_display顯示模塊主要是完成波形數(shù)據(jù)的疊加顯示，模塊內(nèi)含有一個(gè)雙口ram，寫端口是由ADC采集模塊寫入，讀端口是顯示模塊。

wav_display模塊端口

ad9226_sample模塊主要完成ad9226輸入數(shù)據(jù)順序調(diào)整，因?yàn)閍d9226輸入的數(shù)據(jù)MSB在最低位。再把有符號數(shù)轉(zhuǎn)換為無符號數(shù)，最后位寬轉(zhuǎn)換到8bit。

ad9226_sample模塊端口

4. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1）將AN9238模塊插入開發(fā)板的擴(kuò)展口J8，注意1腳對齊，不要插錯(cuò)、插偏，不能帶電操作。

2）連接AN9238的輸入到信號發(fā)生器的輸出，這里使用的是專用屏蔽線，如果使用其他線可能會有較大干擾。

3）連接HDMI顯示器，注意：連接的是顯示器，不是筆記本電腦HDMI接口

4）下載程序，調(diào)節(jié)信號發(fā)生的頻率和幅度，AN9238輸入范圍-5V-5V，為了便于觀察波形數(shù)據(jù)，建議信號輸入頻率200Khz到1Mhz。觀察顯示器輸出，紅色波形為AD1輸入、藍(lán)色為AD2輸入、黃色網(wǎng)格最上面橫線代表5V，最下面橫線代表-5V，中間橫線代表0V，每個(gè)豎線間隔是10個(gè)采樣點(diǎn)。