1本教程重點

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。

學習Verilog代碼設計。

學習ModelSim仿真。

學習Matlab生成正弦信號。

2實驗任務

通過FPGA對模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（LTC2308）的采樣控制，實現(xiàn)一個簡易的數(shù)字電壓表。具體功能如下：

設計一個數(shù)字電壓表，通過撥碼開關 SW[2:0]選擇 LTC2308 的不同 ADC 通道；按下 KEY[1]觸發(fā) LTC2308 啟動采樣與轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結束后，點亮一顆 LED 作為狀態(tài)指示;最終轉(zhuǎn)換結果以十進制形式在 HEX[3:0]數(shù)碼管上顯示。

3實驗原理分析

關于模數(shù)轉(zhuǎn)換原理請參考：

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

關于LTC2308芯片解讀請參考：

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

關于DE10-Standard 開發(fā)板LTC2308電路圖設定如下：

該實驗的功能設計框圖如下：

4Verilog 代碼

工程最終的RTL Viewer圖如下：

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

pll_40 IP: 板載50M晶振分頻出40M給其他子模塊。

adc_ltc2308.v：實現(xiàn)SPI協(xié)議去控制LTC2308器件。關于SPI協(xié)議詳解請參考：04-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設計——SPI協(xié)議詳解（后期發(fā)布）。關于代碼講解請參考：05-基于FPGA和LTC2308的數(shù)字電壓表設計——FPGA實現(xiàn)SPI協(xié)議（后期發(fā)布）。

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

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

每個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

關于LTC2308控制模塊的仿真請參考連接：

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

6實驗準備工作

硬件平臺：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實驗步驟

1. 在開始菜單里面點擊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. 設置PLL 的參數(shù)如下：

7. 對工程進行分析和綜合：

8. 進行引腳分配：

根據(jù)DE10-StandardManualDE10-Standard_User_manual.pdf手冊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. 進行工程全編譯，生成sof文件：

10. 下板驗證

沒有電位器的話也可以用一根杜邦線完成測試，具體測試如下：

（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復位，按KEY1觸發(fā)LTC2308進行測量，測得結果如下：

（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對應GPIO插針槽的pin29)：

（7） 按KEY1測得結果如下：

備注：DE10-Standard的數(shù)碼管沒有小數(shù)點顯示位，所以電路當中沒有對小數(shù)點進行處理。