基于HDL的多接口控制设计

2017-05-11赵杰

商洛学院学报 2017年6期

赵杰

（商洛学院电子信息与电气工程学院，陕西商洛 726000）

随着技术的发展，多种接口协议现已广泛用于各大领域，从航空航天、国防军事到民用通信、多媒体技术等都涉及到接口的应用[1-2]。常见的有A/D、D/A、SPI、IIC、CAN、VGA、PCI等。一般的实现方式以专用接口芯片或单片机、DSP控制实现为主[3-8]。专用芯片需要为各接口协议专门配置，会增加系统成本。单片机在很多简单控制上可以处理，但是计算速度和性能很有限[9]。例如使用单片机进行A/D、D/A转换，进行一个采样周期中必须完成的很多操作步骤才能实现。由于单片机指令的指令周期长，因此对于速度稍高的器件就无法控制[10]，DSP等器件处理能力相对较强。单片机、DSP等若要实现多种接口同时控制难度较大，而且后期扩展接口不方便。本文利用FPGA允许重复擦写、在线配置灵活的特性[11-12]，对常见的A/D、D/A和VGA三种接口实现同时控制。利用主流硬件描述语言Verilog HDL描述接口控制功能，顶层设计采用原理图方式来实现，而且系统允许后期扩展接口。

1 A/D接口控制功能及实现

本文以控制TLC549芯片为例。TLC549是8位A/D转换器，采用开关电容逐次逼近的方式实现模数转换。本文设计使用该芯片采集模拟电压信号，进行模数转换，将转换后数值通过数码管显示，主要过程如下：

1）产生AD采集时钟信号clk以及数码管扫描时钟ioclk，初始化A/D。

2）AD采样，当cs＜=0时，开 CS片选，当cs＜=1时，关 CS片选。

3）将采集的数据data转换为十进制数segdata。

4）数码管扫描显示。

仿真结果如图1所示。

图1 A/D接口控制仿真

2 D/A功能及实现

本文设计使用DA芯片TLC5615将数字信号转换为模拟信号，数据位12位，其中10位是有效位，2位是填充位，填充位补0即可。主要控制过程如下：

1）初始化 TLC5615。

2）设置TLC5615片选信号cs。

3）等待转换完成后拉低片选，即cs为0时传送有效数据。

仿真结果如图2所示。

图2 D/A仿真结果图

3 VGA接口功能及实现

本文设计可以控制VGA接口，使显示器显示色带，在实验中使用到了9个IO口，各用3个IO口分别代表 vga_r、vga_g、vga_b即红、绿、蓝三原色信号。为使色带便于观察，不宜显示太多颜色，选择少量颜色即可。主要控制过程如下：

1）产生存储颜色数值的信号。

2）要实现色带的显示，必须有有效显示区标志和有效显示区坐标，即产生同步行同步和场同步信号（hsync信号和vsync信号）。

3）根据颜色存储数值，分配给 vga_r、vga_g、vga_b三个信号，显示屏显示的颜色是三种颜色的叠加。

仿真结果如图3所示。

4 各接口总体实现

本文设计用同一个时钟控制VGA接口、ADC接口和DAC接口使各个现象同时实现。顶层设计电路原理图如图4所示，各接口总体仿真结果如图5所示，顶层设计在Quartus II中编译结果如图6所示。可见，即使对EP2C5T144C8N这种硬件资源很少的器件，也只消耗了1/4左右的逻辑块，后续若要进行扩展接口控制也很方便。