1本教程重點(diǎn)

介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換原理。

介紹SPI通信協(xié)議。

介紹LTC2308工作原理。

學(xué)習(xí)Verilog代碼設(shè)計(jì)。

學(xué)習(xí)ModelSim仿真。

學(xué)習(xí)Matlab生成正弦信號(hào)。

2實(shí)驗(yàn)任務(wù)

通過FPGA對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（LTC2308）的采樣控制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表。具體功能如下：

設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，通過撥碼開關(guān) SW[2:0]選擇 LTC2308 的不同 ADC 通道；按下 KEY[1]觸發(fā) LTC2308 啟動(dòng)采樣與轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，點(diǎn)亮一顆 LED 作為狀態(tài)指示;最終轉(zhuǎn)換結(jié)果以十進(jìn)制形式在 HEX[3:0]數(shù)碼管上顯示。

3實(shí)驗(yàn)原理分析

關(guān)于模數(shù)轉(zhuǎn)換原理請(qǐng)參考：

02-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)——模數(shù)轉(zhuǎn)換原理（后期發(fā)布）

關(guān)于LTC2308芯片解讀請(qǐng)參考：

03-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)——LTC2308數(shù)據(jù)手冊(cè)解讀（后期發(fā)布）

關(guān)于DE10-Standard 開發(fā)板LTC2308電路圖設(shè)定如下：

該實(shí)驗(yàn)的功能設(shè)計(jì)框圖如下：

4Verilog 代碼

工程最終的RTL Viewer圖如下：

digital_voltmeter.v: 工程top文件，里面例化了各個(gè)模塊。

pll_40 IP: 板載50M晶振分頻出40M給其他子模塊。

adc_ltc2308.v：實(shí)現(xiàn)SPI協(xié)議去控制LTC2308器件。關(guān)于SPI協(xié)議詳解請(qǐng)參考：04-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)——SPI協(xié)議詳解（后期發(fā)布）。關(guān)于代碼講解請(qǐng)參考：05-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)——FPGA實(shí)現(xiàn)SPI協(xié)議（后期發(fā)布）。

bin_to_bcd.v：將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。

seg_display.v: 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能在數(shù)碼管上顯示的信號(hào)。數(shù)碼管原理解說請(qǐng)參考往期文章：基于FPGA的貪吃蛇游戲設(shè)計(jì)（二）——數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊

每個(gè)模塊的源代碼參見本文文末的資源下載連接。

5LTC2308控制模塊功能仿真

關(guān)于LTC2308控制模塊的仿真請(qǐng)參考連接：

06-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)——ModelSim仿真與Matlab模擬信號(hào)產(chǎn)生（后期發(fā)布）。

6實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

硬件平臺(tái)：DE10-Standard 開發(fā)板

（或者是DE1-SOC、DE25-Standard、C5G、TSP開發(fā)板也都支持，DE10-Nano、ADC-SOC、DE0-Nano-SOC 、TSOM（ADC在TSOM-BB底板上）這四種開發(fā)板上雖然有LTC2308器件，但是沒有數(shù)碼管顯示，所以工程不能直接套用。 另外，針對(duì)DE25-Standard開發(fā)板需要Quartus Pro v24.1及以上版本才行）

開發(fā)和調(diào)試工具：Quartus17.1

7實(shí)驗(yàn)步驟

1. 在開始菜單里面點(diǎn)擊Quartus軟件打開它：

2. 按照文章基于DE1-SOC的My_first_fpga去創(chuàng)建一個(gè)新的digital_voltmeter工程，top文件Verilog代碼直接拷貝digital_voltmeter.zip里面的。

3. 繼續(xù)創(chuàng)建2個(gè)Verilog 文件（seg_display.v和adc_ltc2308.v），代碼直接拷貝digital_voltmeter.zip里面的。

4. 在IP Catalog里面輸入PLL，并雙擊打開Altera PLL IP：

5. 保存路徑選擇digital_voltmeter工程下，PLL 模塊命名為pll_40:

6. 設(shè)置PLL 的參數(shù)如下：

7. 對(duì)工程進(jìn)行分析和綜合：

8. 進(jìn)行引腳分配：

根據(jù)DE10-StandardManualDE10-Standard_User_manual.pdf手冊(cè)的引腳分配表或者直接查看DE10-StandardSchematicDE10-Standard.pdf電路圖完成以下引腳分配：

9. 進(jìn)行工程全編譯，生成sof文件：

10. 下板驗(yàn)證

沒有電位器的話也可以用一根杜邦線完成測(cè)試，具體測(cè)試如下：

（1）連接開發(fā)板的Blaster口到PC，然后連接開發(fā)板電源給開發(fā)板供電。

（2）繼續(xù)參考基于DE1-SOC的My_first_fpga將digital_voltmeter.sof配置到FPGA 開發(fā)板當(dāng)中。

（3）切換SW[2:0]=00，選擇通道0。

（4）通道0 連接到GND引腳（參考下圖找到GND引腳是pin10）

（5）按KEY0復(fù)位，按KEY1觸發(fā)LTC2308進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得結(jié)果如下：

（6）繼續(xù)選擇通道0去連接到3.3V引腳(按照下圖找到3.3V對(duì)應(yīng)GPIO插針槽的pin29)：

（7） 按KEY1測(cè)得結(jié)果如下：

備注：DE10-Standard的數(shù)碼管沒有小數(shù)點(diǎn)顯示位，所以電路當(dāng)中沒有對(duì)小數(shù)點(diǎn)進(jìn)行處理。