10 ADC模块FEP-DAQ9248采集显示波形方案
软件版本:VIVADO2021.1
操作系统:WIN10 64bit
硬件平台:适用XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU系列FPGA
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1概述
本方案通过把DAQ9248采集到的数据,通过示波器显示驱动进行在屏幕上显示ADC采集的波形数据。
2系统框图
3产品介绍
FEP-DAQ002-14-20M-65M-2是一款14bits双通道20/65MSPS ADC采集模块,该方案采用了ADI的AD9248芯片,具有1.8V IO和3.3V IO接口2个版本。
3.1 硬件参数概述
FEP-DAQ002-14-20M-2/ FEP-DAQ002-14-65M-2 | ||
ADC 芯片 | AD9248 | |
采样精度 | 14bit | |
-3db带宽 | 145M(前置运放带宽决定) | |
IO 电平 | 1.8V 或者 3.3V 可选 | |
采样频率 | AD9248-20 0~20M | AD9248-65 0~65M |
模拟通道 | 2个 | |
触发 IO | 2个 | |
输入电平 | -2.5V~+2.5V | |
数据格式 | 偏移二进制(0~16383) | |
信噪比(SNR) | 71.6 dBc | |
无杂散动态范围(SFDR) | 80 dBc (至Nyquist频率,AD9248-65) | |
功耗 | 800MW | |
占用 IO 数量 | 35个GPIO |
3.2 引脚定义
3.2.1 SMA 引脚定义
引脚号 | 引脚名称 | 描述 |
PA | DAI | 模拟输入通道 1 |
PB | DBI | 模拟输入通道 2 |
TA | TriA | 双向触发输入/输出 1 |
TB | TriB | 双向触发输入/输出 2 |
3.2.2 AD9248芯片功能引脚定义
AD9248 工作于 LVCMOS 模式, 数据接口简单,下图为芯片引脚定义以及采样时序。。
非符合复合模式,一个数据通道采样1个模拟通道,采用 LVCMOS SDR数据时序
复合模式,一个数据通道采样2个模拟通道,采用LVCMOS DDR数据时序,这种工作模式下当MUX_SELECT 为逻辑高时,通道A数据被定向到通道 A 输出总线,通道B数据被定向到通道B输出总线。当MUX_SELECT为逻辑低电平时,通道数据取反,即通道A数据导向通道B输出总线,通道B数据导向通道A输出总线。通过切换 MUX_SELECT位,复用数据可在任一输出数据端口上使用。
3.3 数据模式设置
AD9248 可以通过配置 DFS 实现数据格式的设置
DFS 脚电平 | 数据模式 |
低电平 | 偏移二进制和并行 LVCMOS SDR |
高电平 | 二进制补码和并行 LVCMOS SDR |
4硬件电路分析
硬件接口和子卡模块请阅读"附录 1"
配套工程的 FPGA PIN 脚定义路径为 fpga_prj/uisrc/04_pin/ fpga_pin.xdc。
5程序源码
关于HDMI输出IP的部分这里不再介绍,VTC时序设计部分这里也不详细介绍。如果读者这些基础知识不清楚的,请阅读前面的实验。
5.1AD9248采集驱动
AD9248为并行ADC,每一个时钟输出一个采样点,因此驱动不需要编写,直接通过时钟同步过来的数据。
5.2 波形显示驱动
关于波形显示驱动设计可以阅读前课内容。
5.3顶层模块调用程序
/**********************AD9248 ADC采集波形显示************************* *********************************************************************/
`timescale 1ns / 1ns//仿真时间刻度/精度
module ad9248_top ( input I_sysclk, //系统时钟输入 output O_ad9248_clka, //A通道时钟输出 input I_ad9248_ora, input [13:0] I_ad9248_da, //A通道数据输入
output O_ad9248_clkb, //B通道时钟输出 input I_ad9248_orb, input [13:0] I_ad9248_db, //B通道数据输入 output O_card_power_en, //子卡电源使能
output O_hdmi_clk_p, //HDMI时钟输出 P端 output O_hdmi_clk_n, //HDMI时钟输出 N端 output [2:0] O_hdmi_tx_p, //HDMI数据输出 P端 output [2:0] O_hdmi_tx_n //HDMI数据输出 N端 );
assign O_card_power_en = 1'b1; //子卡上电
wire pclkx1,pclkx5,adc_clk,locked; //MMCM/PLL时钟信号
assign O_ad9248_clka = adc_clk; assign O_ad9248_clkb = adc_clk;
//例化MMCM/PLL IP clk_wiz_1 clk_hdmi_pll_inst ( .clk_in1(I_sysclk), .reset(!rst_cnt[7]), .locked(locked), .clk_out1(pclkx1),//像素时钟 .clk_out2(pclkx5),//HDMI输出5倍像素时钟 .clk_out3(adc_clk)//给ADC采集用 );
wire vtc_rstn,vtc_clk,vtc_vs,vtc_hs,vtc_de,vtc2_grid_de_o,vtc2_de_o; wire [23:0] rgb_o; //RGB颜色寄存器 assign vtc_clk = pclkx1;//像素时钟 assign vtc_rstn = locked;//VTC复位信号
//上电延迟复位 reg [7:0] rst_cnt=0; //复位计数器 wire rstn = rst_cnt[7];//用高位复位
always @(posedge I_sysclk)begin if (rst_cnt[7]) rst_cnt <= rst_cnt; else rst_cnt <= rst_cnt+1'b1; end
//例化HDMI 输出IP uihdmitx # ( .FAMILY("7FAMILY") //选择芯片所支持的系列"7FAMILY" "UFAMILY" ) uihdmitx_inst ( .I_rstn(locked),//复位 .I_hs(vtc_hs),//hs信号 .I_vs(vtc_vs),//vs信号 .I_de(vtc_de),//de信号 .I_rgb({rgb_o}),//RGB数据 .I_pclkx1(pclkx1),//像素时钟 .I_pclkx2_5(1'b0),//2.5倍像素时钟,只有UFAMILY需要 .I_pclkx5(pclkx5),//5倍像素时钟 .O_hdmi_tx_clk_p(O_hdmi_clk_p),//HDMI时钟输出P端 .O_hdmi_tx_clk_n(O_hdmi_clk_n),//HDMI时钟输出N端 .O_hdmi_tx_p(O_hdmi_tx_p),//HDMI输出数据P端 .O_hdmi_tx_n(O_hdmi_tx_n)//HDMI输出数据N端 );
//此VTC IP 用于产生绘制波形的有效区域,波形绘制区域大小未1024*600 uivtc# ( .H_ActiveSize(1280), //视频时间参数,行视频信号,一行有效(需要显示的部分)像素所占的时钟数,一个时钟对应一个有效像素 .H_FrameSize(1280+88+44+239), //视频时间参数,行视频信号,一行视频信号总计占用的时钟数 .H_SyncStart(1280+88), //视频时间参数,行同步开始,即多少时钟数后开始产生行同步信号 .H_SyncEnd(1280+88+44), //视频时间参数,行同步结束,即多少时钟数后停止产生行同步信号,之后就是行有效数据部分 .V_ActiveSize(720), //视频时间参数,场视频信号,一帧图像所占用的有效(需要显示的部分)行数量,通常说的视频分辨率即H_ActiveSize*V_ActiveSize .V_FrameSize(720+4+5+28), //视频时间参数,场视频信号,一帧视频信号总计占用的行数量 .V_SyncStart(720+4), //视频时间参数,场同步开始,即多少行数后开始产生场同步信号 .V_SyncEnd (720+4+5), //视频时间参数,场同步结束,即多少场数后停止产生场同步信号,之后就是场有效数据部分 .H2_ActiveSize(1024), //波形绘制区域行像素大小 .V2_ActiveSize(256) //波形绘制区域场像素大小 ) uivtc_inst ( .I_vtc_clk(vtc_clk), //系统时钟 .I_vtc_rstn(vtc_rstn), //系统复位 .I_vtc2_offset_x(128), //X坐标相对屏幕的原始坐标的偏移 .I_vtc2_offset_y(200), //Y坐标相对屏幕的原始坐标的偏移 .O_vtc_vs(vtc_vs),//场同步输出 .O_vtc_hs(vtc_hs),//行同步输出 .O_vtc_de(vtc_de),//视频数据有效 .O_vtc2_de(vtc2_de_o)//绘制波形显示区域的有效区域 );
ila_0 ila_dbg ( .clk(adc_clk), // input wire clk .probe0({I_ad9248_db,I_ad9248_da}) // input wire [1:0] probe0 );
//测试数据产生,通过test_data产生测试数据,可以用于测试波形显示器的基本功能测试 //reg [7:0]test_data =0; //always @(posedge vtc_clk) // if(vtc2_de_o) // test_data[7:0] = test_data + 1'b1;
//例化波形显示器 IP,默认支持2个通道数据,可以扩展支持更多通道 uiwave uiwave_inst ( //波形1 .I_wave1_clk(O_ad9248_clka),//系统时钟输入 .I_wave1_data(I_ad9248_da[13:6]),//ADC只显示高8bits 数据 .I_wave1_data_de(1'b1),//ADC数据有效信号
//波形2 .I_wave2_clk(O_ad9248_clkb),//系统时钟输入 .I_wave2_data(I_ad9248_db[13:6]),//ADC只显示高8bits 数据 .I_wave2_data_de(1'b1),//ADC数据有效信号
.I_vtc_rstn(vtc_rstn),//时序发生复位 .I_vtc_clk (vtc_clk), //像素时钟 .I_vtc_vs (vtc_vs), //场同步输出 .I_vtc_de (vtc2_de_o),//同步,绘制波形显示区域的有效区域 .O_vtc_rgb(rgb_o)//同步RGB数据 绘制数据输出
);
endmodule |
6测试结果
6.1硬件接线
请确保下载器和开发板已经正确连接,并且开发板已经上电(注意JTAG端子不支持热插拔,而USB接口支持,所以在不通电的情况下接通好JTAG后,再插入USB到电脑,之后再上电,以免造成JTAG IO损坏)
6.2测试结果
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