小梅哥和你一起深入學習FPGA之DAC驅動

　　本實驗中，我們使用FPGA來驅動了一片DAC芯片TLC5620，該芯片的特性如下所示：

　　TLC5620特性：

　　4路8位電壓輸出;

　　單電源5V供電;

　　串行接口;

　　參考電壓輸入高阻;

　　可編程的1次或2次輸出范圍;

　　同時更新的能力;

　　內部自帶上電復位功能;

　　低功耗;

　　半緩沖輸出。

　　小梅哥設計的該芯片的驅動模塊的接口如下所示：

　　各個端口定義如下：

　　以下是代碼片段：

　　input Clk;

　　input Rst_n;

　　input Do_DA; /*使能單次轉換*/

　　input [10:0]Data;/*{Addr1,Addr0,Range,Data_bit[7:0]}*/

　　output reg DAC_Dout; /*DAC數據線*/

　　output reg DAC_Clk; /*DAC時鐘線，最高速度1M*/

　　output reg DAC_LDAC; /**/

　　output reg DAC_LOAD; /**/

　　output reg DA_Done; /*單次轉換完成標志信號*/

　　該芯片提供了類似于SPI的數字接口，因此，我們只需要使用該接口與芯片進行通信，再配合LOAD和LDAC兩個控制線，即可實現對該DAC芯片的控制。TLC5620一次轉換的操作時序如下：

　　圖1 TLC5620單次轉換時序圖

　　TLC5620每次寫入的數據為11位，其中前兩位為DAC選擇位A1、A0，通過不同的組合可以選擇不同通道的DAC，具體分配為：

　　表1 DAC通道選擇位與對應通道關系

　　第三位是電壓輸出增益位，0代表不變，1代表兩倍，當設定參考電壓為2.5V時，取這一位為1就可以得到最高5V的輸出電壓。后面8位是數據位，其中第四位是數據的最高位。對于TLC5620的輸出電壓公式是：

　　VO=VREF ×CODE/256×(1+RNG)

　　VREF是參考電壓，CODE是待轉換的8位二進制代碼，RNG是增益倍數。

　　寫入數據時，首先LOAD和LDAC寫高電平，這樣在CLK的每個下降沿寫入的每位數據被鎖存到DATA端，當11位數據傳送完畢后，拉低LOAD，芯片根據前兩位數據，判斷是哪一路DAC通道，然后將8位數據移入相應的通道，進行DA轉換，這時拉低LDAC，再拉高LDAC，就可以再下次轉化之前，保持此次的模擬輸出。

　　TLC5620正常工作時的具體電壓和時間參數如下表所示，通過該表，可知該芯片串行數字接口的時鐘信號(CLK)最高為1MHz。該參數將作為我們采用FPGA產生TLC5620數字接口時鐘的依據。同時，還有輸入數據建立時間tsu(data-clk)為50ns，即，FPGA數據送出，到能夠被TLC5620正常讀取，至少需要50ns，因此FPGA單位數據輸出保持時間不得少于50ns。tv(data-clk)為時鐘下降沿到來后多久時間數據線上的數據才能被芯片內部采集，該時間確定了，時鐘下降沿出現多久后，數據線上的數據可以被更新。tsu(LOAD-LDAC)為LOAD的上升沿到LDAC下降沿的建立時間，這里最小為0ns，因此忽略，即兩者同時發生即可。tw(LDAC)為LDAC低電平所需的最短時間，為250ns。

　　表2 TLC5620關鍵參數

　　通過對TLC5620一次完整轉換的時序進行分析，列出以下序列機對應的序列點：該序列機總共包含26個點，其中，當Cnt1=0(ST0)時，為空閑態，ST1—ST22為數據發送狀態，ST23時拉低LOAD，即將數據加載入對應通道的DAC中，ST24時釋放LOAD，同時拉低LDAC，以產生LDAC的下降沿，將對應通道的模擬輸出保持住。ST25拉高LDAC，完成一次轉換。

　　表3 TLC5620單次轉換控制序列機

　　序列機的計數器計數條件如下

　　表4 TLC5620序列機計數器計數條件