基于HDL的多接口控制設計

2017-05-11 02:57:06趙杰

商洛學院學報 2017年6期

趙杰

（商洛學院電子信息與電氣工程學院，陜西商洛 726000）

隨著技術的發展，多種接口協議現已廣泛用于各大領域，從航空航天、國防軍事到民用通信、多媒體技術等都涉及到接口的應用[1-2]。常見的有A/D、D/A、SPI、IIC、CAN、VGA、PCI等。一般的實現方式以專用接口芯片或單片機、DSP控制實現為主[3-8]。專用芯片需要為各接口協議專門配置，會增加系統成本。單片機在很多簡單控制上可以處理，但是計算速度和性能很有限[9]。例如使用單片機進行A/D、D/A轉換，進行一個采樣周期中必須完成的很多操作步驟才能實現。由于單片機指令的指令周期長，因此對于速度稍高的器件就無法控制[10]，DSP等器件處理能力相對較強。單片機、DSP等若要實現多種接口同時控制難度較大，而且后期擴展接口不方便。本文利用FPGA允許重復擦寫、在線配置靈活的特性[11-12]，對常見的A/D、D/A和VGA三種接口實現同時控制。利用主流硬件描述語言Verilog HDL描述接口控制功能，頂層設計采用原理圖方式來實現，而且系統允許后期擴展接口。

1 A/D接口控制功能及實現

本文以控制TLC549芯片為例。TLC549是8位A/D轉換器，采用開關電容逐次逼近的方式實現模數轉換。本文設計使用該芯片采集模擬電壓信號，進行模數轉換，將轉換后數值通過數碼管顯示，主要過程如下：

1）產生AD采集時鐘信號clk以及數碼管掃描時鐘ioclk，初始化A/D。

2）AD采樣，當cs＜=0時，開 CS片選，當cs＜=1時，關 CS片選。

3）將采集的數據data轉換為十進制數segdata。

4）數碼管掃描顯示。

仿真結果如圖1所示。

圖1 A/D接口控制仿真

2 D/A功能及實現

本文設計使用DA芯片TLC5615將數字信號轉換為模擬信號，數據位12位，其中10位是有效位，2位是填充位，填充位補0即可。主要控制過程如下：

1）初始化 TLC5615。

2）設置TLC5615片選信號cs。

3）等待轉換完成后拉低片選，即cs為0時傳送有效數據。

仿真結果如圖2所示。

圖2 D/A仿真結果圖

3 VGA接口功能及實現

本文設計可以控制VGA接口，使顯示器顯示色帶，在實驗中使用到了9個IO口，各用3個IO口分別代表 vga_r、vga_g、vga_b即紅、綠、藍三原色信號。為使色帶便于觀察，不宜顯示太多顏色，選擇少量顏色即可。主要控制過程如下：

1）產生存儲顏色數值的信號。

2）要實現色帶的顯示，必須有有效顯示區標志和有效顯示區坐標，即產生同步行同步和場同步信號（hsync信號和vsync信號）。

3）根據顏色存儲數值，分配給 vga_r、vga_g、vga_b三個信號，顯示屏顯示的顏色是三種顏色的疊加。

仿真結果如圖3所示。

4 各接口總體實現

本文設計用同一個時鐘控制VGA接口、ADC接口和DAC接口使各個現象同時實現。頂層設計電路原理圖如圖4所示，各接口總體仿真結果如圖5所示，頂層設計在Quartus II中編譯結果如圖6所示。可見，即使對EP2C5T144C8N這種硬件資源很少的器件，也只消耗了1/4左右的邏輯塊，后續若要進行擴展接口控制也很方便。