基于FPGA的多通道串行A/D转换器的控制器设计

用FPGA设计的采样控制器AD_CONTROLLER与ADS7844的接口电路如图2所示，基本时序如上所述。AD_CONTROLLER的输入时钟取12 MHz，经内部4分频后输出至ADS7844的CLK引脚。cs_all为来自CPU的启动信号，当其为低时AD_CONTROLLER开始工作。addr[3..0]为对应的ADS7844的通道地址，data[15..0]为某地址所对应通道的A／D转换结果，当某一通道转换结束，oe信号由低电平变为高电平并持续1个周期。

AD_CONTROLLER主要由分频模块(fq)，A／D转换周期形成模块(fq_cs)；A／D转换器片选信号模块(cs_pulse)；通道地址及控制字形成模块(addr_1)；A／D转换数据输出模块(from_ad)和控制字移位输出模块(to_ad)组成，其结构如图3所示。

取FPGA工作频率10 MHz，经分频器4分频得2.5 MHz作为A／D转换器的时钟。分频器通常用计数器实现，各VHDL教材上都已详细讲述，这里不再赘述。信号cs每隔28个clk1时钟周期发出1个clk1周期的高电平脉冲并转换1次模拟输入通道，28个cIk1周期中，A／D转换器片选cs_ad信号占用4个周期，控制字的串行输出(di)占用8个周期，ADS7844芯片由Din引脚接收到控制字后，在下一个周期的下降沿开始将A／D转换后的数据串行输出至Dout引脚，由from_ad模块进行串／并转换并输出(data[15..0])，此串并转换需16个周期。信号stld的下降沿将由状态机产生的控制字(control_word[7..0])锁存入to_ad模块内部的并／串移位寄存器(74165)，经过8个周期后控制字由di引脚输入ADS7844芯片。cs脉冲的产生由计数器实现，这里不做详细介绍。cs_ad片选信号通过cs_ad模块将cs信号展宽2个周期而得到，其电路结构如下：