24.AD7616驱动 fpga程序设计思路-开发者社区

1.信号功能拆解

CONVST：上升沿启动 A/D 转换，需要 FPGA 主动输出一个脉冲。
BUSY：芯片转换完成的状态反馈，FPGA 需要作为输入引脚，检测其下降沿来启动后续的串行传输。
CS：低电平有效，在 BUSY 变低后拉低，整个串行传输周期保持有效，传输结束后拉高。
SCLK：由 FPGA 产生，为 16 个时钟周期，用来同步数据的发送和接收，需满足t_SCLK_LOW、t_SCLK_HIGH等时序要求。
SDOA/SDOB：芯片输出的 16 位数据（DB15~DB0），在 SCLK 的上升沿或下降沿稳定输出，FPGA 在对应沿采样。
SDI：FPGA 向芯片发送的 16 位配置数据，需在 SCLK 沿之前满足t_DIN_SETUP的建立时间。

2. FPGA 实现的核心步骤

（1）状态机设计

用一个状态机来管理整个时序流程，推荐划分以下几个状态：

IDLE：初始状态，等待触发或 BUSY 信号。
WAIT_CONV：发送 CONVST 脉冲后，等待 BUSY 变低，表示转换完成。
SERIAL_TX_RX：拉低CS，产生 16 个 SCLK 脉冲，同时在 SCLK 的对应沿发送 SDI 数据、采样 SDOA/SDOB 数据。
DONE：传输结束后，拉高CS，回到 IDLE 状态。

（2）时钟与时序约束

首先根据芯片手册的t_SCLK、t_SCLK_LOW、t_SCLK_HIGH等参数，确定 SCLK 的频率（例如如果t_SCLK最小为 20ns，则 SCLK 最大为 50MHz）。
可以用 FPGA 内部的 PLL 生成稳定的 SCLK，或者用系统时钟分频得到。
在代码中通过计数器精确控制各个时间参数（如t_SCLK_SETUP、t_DOUT_HOLD），确保满足建立和保持时间。

（3）数据同步采样与发送

数据接收（SDOA/SDOB）：在 SCLK 的上升沿或下降沿进行采样（需根据芯片手册确认采样沿），将 16 位数据存入移位寄存器。
数据发送（SDI）：在 SCLK 的对应沿之前，提前将下一位数据放到 SDI 引脚上，以满足t_DIN_SETUP的建立时间要求。

3. 关键代码示例（Verilog）

verilog

// 状态机定义 typedef enum logic [2:0] { IDLE, WAIT_BUSY_LOW, SERIAL_TRANS, DONE } state_t; state_t current_state, next_state; reg [4:0] sclk_cnt; // 16个时钟计数 reg sclk_en; reg cs_n; reg sclk; reg [15:0] sdi_data; reg [15:0] sdoa_data, sdob_data; // 状态转移逻辑 always @(posedge clk or posedge rst_n) begin if (!rst_n) begin current_state <= IDLE; end else begin current_state <= next_state; end end // 组合逻辑：状态跳转和输出控制 always @(*) begin next_state = current_state; cs_n = 1'b1; sclk_en = 1'b0; convst = 1'b0; case (current_state) IDLE: begin if (start_conv) begin convst = 1'b1; next_state = WAIT_BUSY_LOW; end end WAIT_BUSY_LOW: begin if (!busy) begin next_state = SERIAL_TRANS; end end SERIAL_TRANS: begin cs_n = 1'b0; sclk_en = 1'b1; if (sclk_cnt == 5'd15) begin next_state = DONE; end end DONE: begin next_state = IDLE; end endcase end // SCLK生成与移位逻辑 always @(posedge clk or posedge rst_n) begin if (!rst_n) begin sclk <= 1'b0; sclk_cnt <= 5'd0; sdi_data <= 16'h0000; sdoa_data <= 16'h0000; sdob_data <= 16'h0000; end else if (sclk_en) begin sclk <= ~sclk; if (sclk) begin // SCLK上升沿：采样数据 sdoa_data <= {sdoa_data[14:0], sdoa}; sdob_data <= {sdob_data[14:0], sdob}; sclk_cnt <= sclk_cnt + 1'b1; end else begin // SCLK下降沿：发送下一位 sdi <= sdi_data[15]; sdi_data <= {sdi_data[14:0], 1'b0}; end end else begin sclk <= 1'b0; sclk_cnt <= 5'd0; end end