【 FPGA 】使用状态机设计一个ADC采样控制电路

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我是靠谱客的博主舒服日记本，这篇文章主要介绍【 FPGA 】使用状态机设计一个ADC采样控制电路，现在分享给大家，希望可以做个参考。

以ADC0809为例，设计一个ADC采样控制电路，采用有限状态机的方式。

传统的ADC采样控制的方法是用单片机控制，单片机控制ADC采样具有编程简单，控制灵活的优点，但是采样速度慢，CPU控制的低速极大地限制了ADC器件告诉性能的发挥，在高速ADC控制中，目前基本上都是使用可编程逻辑器件来完成。

下面是ADC0809的内部电路图：

ADC0809引脚图、时序图、工作流程图详解

引脚图：

ADC0809引脚图、时序图、工作流程图详解

引脚功能：

IN0~IN7：8路模拟量输入端。

　　D0~D7：8位数字量输出端。

　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选择8路模拟通道中的一路，选择情况见表。

　　ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

　　START：A/D转换启动信号，输入，高电平有效。

　　EOC：A/D转换结束信号，输出。当启动转换时，该引脚为低电平，当A/D转换结束时，该线脚输出高电平。

　　OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当转换结束后，如果从该引脚输入高电平，则打开输出三态门，输出锁存器的数据从D0~D7送出。

　　CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ. REF+、REF-：基准电压输入端。

　　Vcc：电源，接+5V电源。

　　GND：地。

地址码与输入通道的对应关系：

卤料包

时序图：

卤料包

工作过程：

1．输入3位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中，经地址译码器译码从8路模拟通道中选通一路模拟量送到比较器。

　　2．送START一高脉冲，START的上升沿使逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D转换，并使EOC信号为低电平，转换时间为100us。

　　3．当转换结束时，EOC信号回到高电平，控制器可以根据此信号了解转换状态。

　　4．此后，控制器可以通过控制输出使能端OE，通过八位并行数据总线D[7:0]来读取转换结果。

抽象出状态转移图：

分为四个状态，分别为初始化状态s0,启动ADC状态s1，等待ADC转换结束状态s2，转换数据读取状态s3.

ADC0809控制的状态从s0到s1，s1到s2，s3到s0都是在时钟上升沿直接变化，只有s2到s3，根据输入信号EOC来判断状态转移的下一个状态。

下面给出状态机的简图，由于输出较多，下图没有列出输出，具体见代码：

Verilog HDL描述代码为：

复制代码

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2019/01/04 22:30:51
// Design Name: 
// Module Name: adc0809
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//

module adc0809(
    input clk,
    input reset, 
    input eoc, //转换结束标志信号
	output reg start, //ADC转换启动信号
    output [2:0] addr,//ADC输入通道选择地址
    output reg ale, //模拟通道地址锁存信号
    output reg  oe //ADC数据输出使能
    );
	
	localparam [1:0]
	s0 = 2'b00,
	s1 = 2'b01,
	s2 = 2'b10,
	s3 = 2'b11;
	reg [1:0] current_state, next_state;
	
	always @(posedge clk, posedge reset)
	begin
		if(reset)
			current_state <= s0;
		else
			current_state <= next_state;
	
	end
	
	assign addr = 3'b000; //输入通道设定为通道0
	
	always @ *
	begin
		case(current_state)
		s0: next_state = s1;
		s1: next_state = s2;
		s2:
		begin
			if(eoc) next_state = s3; //转换结束
			else next_state = s2; //转换未结束，继续等待
		end
		s3: next_state = s0;
		endcase
	end
	
	always @ *
	begin
		case(current_state)
		s0:
		begin
			ale = 0; start = 0; oe = 0;
		end
		s1:
		begin
			ale = 1; start = 1; oe = 0;
		end
		s2:
		begin
			ale = 0; start = 0; oe = 0;
		end
		s3:
		begin
			ale = 0; start = 0; oe = 1;
		end
		endcase
	
	end

endmodule

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`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2019/01/04 22:30:51
// Design Name: 
// Module Name: adc0809
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//


module adc0809(
    input clk,
    input reset, 
    input eoc, //转换结束标志信号
	output reg start, //ADC转换启动信号
    output [2:0] addr,//ADC输入通道选择地址
    output reg ale, //模拟通道地址锁存信号
    output reg  oe //ADC数据输出使能
    );
	
	localparam [1:0]
	s0 = 2'b00,
	s1 = 2'b01,
	s2 = 2'b10,
	s3 = 2'b11;
	reg [1:0] current_state, next_state;
	
	always @(posedge clk, posedge reset)
	begin
		if(reset)
			current_state <= s0;
		else
			current_state <= next_state;
	
	end
	
	assign addr = 3'b000; //输入通道设定为通道0
	
	always @ *
	begin
		case(current_state)
		s0: next_state = s1;
		s1: next_state = s2;
		s2:
		begin
			if(eoc) next_state = s3; //转换结束
			else next_state = s2; //转换未结束，继续等待
		end
		s3: next_state = s0;
		endcase
	end
	
	always @ *
	begin
		case(current_state)
		s0:
		begin
			ale = 0; start = 0; oe = 0;
		end
		s1:
		begin
			ale = 1; start = 1; oe = 0;
		end
		s2:
		begin
			ale = 0; start = 0; oe = 0;
		end
		s3:
		begin
			ale = 0; start = 0; oe = 1;
		end
		endcase
	
	end
	

	
endmodule