内容介绍
内容介绍
一、项目要求
利用ADC制作一个数字电压表
-
旋转电位计可以产生0-3.3V的电压
-
利用板上的串行ADC对电压进行转换
-
将电压值在板上的OLED屏幕上显示出来
二、系统设计
数据流：产生模拟信号--->模数转换--->译码显示。
第一步：产生数据。
在小脚丫FPGA的底板上接有一片ADS7868串行ADC芯片与可变电阻直连，可以产生基础电压信号。
第二步：将产生的数据流转换成方便阅读的bcd码进行显示。
这里需要进行一个转码的操作，以满足题目“0~3.3”的显示需求。
第三步：将转码完成的数据流写入显示器。
三、代码实现
（---------ps：先放一个网表吸引目光）
基于以上需求设计以下功能模块：
1.ads模数转换产生数据流：
使用小脚丫开发资料包中的代码模板：
module ADS7868
(
input clk, //系统时钟
input rst_n, //系统复位，低有效
output reg adc_cs, //SPI总线CS
output reg adc_clk, //SPI总线SCK
input adc_dat, //SPI总线SDA
output reg adc_done, //ADC采样完成标志
output reg [7:0] adc_data //ADC采样数据
);
localparam HIGH = 1'b1;
localparam LOW = 1'b0;
reg [7:0] cnt; //计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) cnt <= 1'b0;
else if(cnt >= 8'd34) cnt <= 1'b0;
else cnt <= cnt + 1'b1;
reg [7:0] data;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) begin
adc_cs <= HIGH; adc_clk <= HIGH;
data <= 1'b0; adc_data <= 1'b0; adc_done <= LOW;
end else case(cnt)
8'd0 : begin adc_cs <= HIGH; adc_clk <= HIGH; end
8'd1 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; end
8'd2,8'd4,8'd6,8'd8,8'd10,8'd12,8'd14,8'd16,
8'd18,8'd20,8'd22,8'd24,8'd26,8'd28,8'd30,8'd32:
begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= LOW; end
8'd3 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; end //0
8'd5 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; end //1
8'd7 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; end //2
8'd9 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[7] <= adc_dat; end //3
8'd11 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[6] <= adc_dat; end //4
8'd13 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[5] <= adc_dat; end //5
8'd15 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[4] <= adc_dat; end //6
8'd17 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[3] <= adc_dat; end //7
8'd19 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[2] <= adc_dat; end //8
8'd21 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[1] <= adc_dat; end //9
8'd23 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; data[0] <= adc_dat; end //10
8'd25 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; adc_data <= data; end //11
8'd27 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; adc_done <= HIGH; end //12
8'd29 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; adc_done <= LOW; end //13
8'd31 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; end //14
8'd33 : begin adc_cs <= LOW; adc_clk <= HIGH; end //15
8'd34 : begin adc_cs <= HIGH; adc_clk <= HIGH; end
default : begin adc_cs <= HIGH; adc_clk <= HIGH; end
endcase
endmodule2.转码模块:
继续参考代码模板（--^--^--）
module bin_to_bcd
(
input rst_n, //系统复位，低有效
input [15:0] bin_code, //需要进行BCD转码的二进制数据
output reg [19:0] bcd_code //转码后的BCD码型数据输出
);
/*
此模块为了将ADC采样的数据转换为我们常用的十进制显示而存在，
主要知识涉及数学中不同制式数据的转换，详细原理这里不做介绍，去百度搜索<FPGA 二进制转BCD码>可得
*/
reg [35:0] shift_reg;
always@(bin_code or rst_n)begin
shift_reg = {20'h0,bin_code};
if(!rst_n) bcd_code = 0;
else begin
repeat(16) begin //循环16次
//BCD码各位数据作满5加3操作，
if (shift_reg[19:16] >= 5) shift_reg[19:16] = shift_reg[19:16] + 2'b11;
if (shift_reg[23:20] >= 5) shift_reg[23:20] = shift_reg[23:20] + 2'b11;
if (shift_reg[27:24] >= 5) shift_reg[27:24] = shift_reg[27:24] + 2'b11;
if (shift_reg[31:28] >= 5) shift_reg[31:28] = shift_reg[31:28] + 2'b11;
if (shift_reg[35:32] >= 5) shift_reg[35:32] = shift_reg[35:32] + 2'b11;
shift_reg = shift_reg << 1;
end
bcd_code = shift_reg[35:16];
end
end
endmodule
3.板上led显示模块：
module Seg_led
(
input [3:0] seg_data, //seg_data input
input seg_dot, //segment dot control
output seg_sel, //segment com port
output reg [7:0] seg_led //MSB~LSB = DP,G,F,E,D,C,B,A
);
always@(seg_data)
case(seg_data)
4'h0: seg_led = {seg_dot,7'h3f}; // 0
4'h1: seg_led = {seg_dot,7'h06}; // 1
4'h2: seg_led = {seg_dot,7'h5b}; // 2
4'h3: seg_led = {seg_dot,7'h4f}; // 3
4'h4: seg_led = {seg_dot,7'h66}; // 4
4'h5: seg_led = {seg_dot,7'h6d}; // 5
4'h6: seg_led = {seg_dot,7'h7d}; // 6
4'h7: seg_led = {seg_dot,7'h07}; // 7
4'h8: seg_led = {seg_dot,7'h7f}; // 8
4'h9: seg_led = {seg_dot,7'h6f}; // 9
4'ha: seg_led = {seg_dot,7'h77}; // A
4'hb: seg_led = {seg_dot,7'h7C}; // b
4'hc: seg_led = {seg_dot,7'h39}; // C
4'hd: seg_led = {seg_dot,7'h5e}; // d
4'he: seg_led = {seg_dot,7'h79}; // E
4'hf: seg_led = {seg_dot,7'h71}; // F
default: seg_led = {seg_dot,7'h00};
endcase
assign seg_sel = 1'b0; //共阴极，使能
endmodule 4.oled显示模块
该模块是此次数字电压表设计中最为陌生的模块，由于实例程序过长，这里将展示我的修改部分。
首先更改输入数据，将转码模块的寄存器读入，扩充寄存器位宽，将数据显示到小数点后三位，即完全显示ads输出的十六位二进制数据：
module OLED12832
(
input clk, //12MHz系统时钟
input rst_n, //系统复位，低有效
input [15:0] data, //
output reg oled_csn, //OLCD液晶屏使能
output reg oled_rst, //OLCD液晶屏复位
output reg oled_dcn, //OLCD数据指令控制
output reg oled_clk, //OLCD时钟信号
output reg oled_dat //OLCD数据信号
);重新设计oled输出样式和刷新队列：
MAIN:begin
if(cnt_main >= 5'd8) cnt_main <= 5'd5;
else cnt_main <= cnt_main + 1'b1;
case(cnt_main) //MAIN状态
5'd0: begin state <= INIT; end
5'd1: begin y_p <= 8'hb0; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= "------zcj-------";state <= SCAN; end
5'd2: begin y_p <= 8'hb1; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= "Volt meter: ";state <= SCAN; end
5'd3: begin y_p <= 8'hb2; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " . V ";state <= SCAN; end
5'd4: begin y_p <= 8'hb3; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= "-----finish-----";state <= SCAN; end
5'd5: begin y_p <= 8'hb2; x_ph <= 8'h13; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd 1; char <=data[15:12]; state <= SCAN; end
5'd6: begin y_p <= 8'hb2; x_ph <= 8'h14; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd 1; char <=data[11:8]; state <= SCAN; end
5'd7: begin y_p <= 8'hb2; x_ph <= 8'h14; x_pl <= 8'h10; num <= 5'd 1; char <=data[7:4]; state <= SCAN; end
5'd8: begin y_p <= 8'hb2; x_ph <= 8'h15; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd 1; char <=data[3:0]; state <= SCAN; end
default: state <= IDLE;
endcase
end5.顶层模块，功能链接：
module voltmeter
(
input clk, //系统时钟
input rst_n, //系统复位，低有效
output adc_cs, //SPI总线CS
output adc_clk, //SPI总线SCK
input adc_dat, //SPI总线SDA
output seg1_sel, //数码管位选
output [7:0] seg1_led, //数码管段选
output seg2_sel, //数码管位选
output [7:0] seg2_led, //数码管段选
output oled_csn, //OLCD液晶屏使能
output oled_rst, //OLCD液晶屏复位
output oled_dcn, //OLCD数据指令控制
output oled_clk, //OLCD时钟信号
output oled_dat //OLCD数据信号
);
wire adc_done;
wire [7:0] adc_data;
//ADC功能，例化
ADS7868 u2
(
.clk (clk ), //系统时钟
.rst_n (rst_n ), //系统复位，低有效
.adc_cs (adc_cs ), //SPI总线CS
.adc_clk (adc_clk ), //SPI总线SCK
.adc_dat (adc_dat ), //SPI总线SDA
.adc_done (adc_done ), //ADC采样完成标志
.adc_data (adc_data ) //ADC采样数据
);
//将ADC采样数据按规则转换为电压数据（乘以0.0130），这里我们直接乘以129，得到的数据经过BCD转码后小数点左移4位即可
wire [15:0] bin_code = adc_data * 16'd130;
wire [19:0] bcd_code;
//将处理后的ADC数据进行BCD转码，例化
bin_to_bcd u3
(
.rst_n (rst_n ), //系统复位，低有效
.bin_code (bin_code ), //需要进行BCD转码的二进制数据
.bcd_code (bcd_code ) //转码后的BCD码型数据输出
);
//Segment led display module
Seg_led seg[1:0]
(
.seg_data (bcd_code[19:12] ), //seg_data input
.seg_dot ({1'b1,1'b0} ), //segment dot control
.seg_sel ({seg1_sel,seg2_sel}), //segment com port
.seg_led ({seg1_led,seg2_led}) //MSB~LSB = DP,G,F,E,D,C,B,A
);
OLED12832 u4
(
.clk (clk ), //12MHz系统时钟
.rst_n (rst_n ), //系统复位，低有效
.data (bcd_code[19:4]), //读入输入
.oled_clk (oled_clk ),
.oled_csn (oled_csn ),
.oled_dat (oled_dat ),
.oled_dcn (oled_dcn ),
.oled_rst (oled_rst )
);
endmodule综合后的管脚映射：
设计完成。
四、项目感想
本次项目设计中，小脚丫平台提供了一些功能代码示例，大大减小了设计难度，本人只是修改了其中很小一部分，但是对于FPGA开发的整个流程以及硬件数据流的通信有了很大的提升，作为学生开发FPGA的入门上手板卡，我推荐小脚丫。
附件下载
oledshow.v
oled显示
volt_1.v
顶层模块
project.zip
工程文件
团队介绍
北京理工大学 信息与电子学院 （摸鱼---^---^----）
团队成员
张从金
北京理工大学 信息与电子学院
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