基于FPGA驱动TLC5615模块

TLC5615模块之FPGA驱动

1、芯片介绍
      TLC5615 为美国德州仪器公司 1999 年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把 DAC 寄存器复位至全零。性能比早期电流型输出的 DAC 要好。只需要通过 3 根串行总线就可以完成 10 位数据的串行输入， 易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机) 接口, 适用于电池供电的测试仪表、移动电话,也适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。

DIN： 串行数据输入端；
TLC5615引脚图
TLC5615引脚图
SCLK： 串行时钟输入端；
/CS： 芯片选用通端，低电平有效；
DOUT： 用于级联时的串行数据输出端；
AGND： 模拟地；
REFIN：基准电压输入端, 2V～ (VDD - 2)；
OUT： DAC 模拟电压输出端；
VDD： 正电源端，4.5～5.5V ,通常取 5V。

      TLC5615 工作时序如上图所示。 可以看出,只有当片选 CS 为低电平时, 串行输入数据才能被移入16位移位寄存器。当 CS 为低电平时,在每一个 SCLK 时钟的上升沿将 DIN 的一位数据移入 16 位移寄存器。注意, 二进制最高有效位被导前移入。接着,CS 的上升沿将 16 位移位寄存器的 10 位有效数据锁存于 10 位 DAC 寄存器, 供 DAC 电路进行转换; 当片选 CS 为高电平时,串行输入数据不能被移入 16 位移位寄存器。注意, CS 的上升和下降都必须发生在 SCL K 为低电平期间。
2、时钟确定
      根据下面时序图和芯片资料算出最大串行时钟速率近似为14M，因为核心板时钟为50M，故采用sclk串行时钟为12.5M，即采用四分频方式。

但是在芯片手册中说：为了使时钟馈通最小。CS在高电平时，sclk应该保持低电平。因此为了方便时钟的控制，不采用PLL生成的方式。采用线性序列机的方法生成可控的sclk。

3、注意
      因为DAC的寄存器为12位，但是数据位只有10位，因此要将数据位低位添加两个0，或者左移两位。

4、代码

module TLC5615_CTRL(
  input sys_clk,
  input rst,
  input conv_en,   //DA转换使能信号
  input [11:0] conv_data, //DA转换输入数据

  
  
  output reg cs,
  output reg conv_end, //DA转换完成信号
  output reg tlc5615_clk,
  output reg tlc5615_data
  
);

  reg [6:0] cnt;
 
//计数器 
  always @(posedge sys_clk or negedge rst)
    if(!rst)
	   cnt <= 7'd0;
	 else if(conv_en == 1 | (cnt != 7'd0)) begin
	      if(cnt == 7'd64)
			   cnt <= 7'd0;
			else
			   cnt <= cnt + 7'd1;
	   end
	 else
	   cnt <= 7'd0;
 
  
  always @(posedge sys_clk or negedge rst)
    if(!rst) begin 
	   conv_end <= 1'b0;
	   tlc5615_clk <= 1'b0;
      tlc5615_data <= 1'b0;
		cs <= 1'b1;
		end
	 else begin
	  case(cnt)
	     0:
		     begin 
			  conv_end <= 1'b0;
	        tlc5615_clk <= 1'b0;
           tlc5615_data <= 1'b0;
			  cs <= 1'b1;
			  end
		  1:  
		     begin
		     tlc5615_data <= conv_data[11];
			  cs <= 1'b0;
			  end
		  2: tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  4: tlc5615_clk <= 1'b0;
		  5: tlc5615_data <= conv_data[10];
		  6: tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  8: tlc5615_clk <= 1'b0;
		  9: tlc5615_data <= conv_data[9];
		  10:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  12:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  13:tlc5615_data <= conv_data[8];
		  14:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  16:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  17:tlc5615_data <= conv_data[7];
		  18:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  20:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  21:tlc5615_data <= conv_data[6];
		  22:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  24:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  25:tlc5615_data <= conv_data[5];
		  26:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  28:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  29:tlc5615_data <= conv_data[4];
		  30:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  32:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  33:tlc5615_data <= conv_data[3];
		  34:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  36:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  37:tlc5615_data <= conv_data[2];
		  38:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  40:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  41:tlc5615_data <= conv_data[1];
		  42:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  44:tlc5615_clk <= 1'b0;
		  45:tlc5615_data <= conv_data[0];
		  46:tlc5615_clk <= 1'b1;
		  
		  
		  64:
		     begin
		     tlc5615_clk <= 1'b0;
			  cs <= 1'b1;
			  conv_end <= 1'b1;
			  end
		  
		
		 endcase
		  
	  
	  end


endmodule 代码片

5、测试模块

`timescale 1ns/1ns


module TLC5615_CTRL_tb;

  reg sys_clk;
  reg rst;
  reg conv_en;  
  reg [11:0] conv_data;

  
  
  wire cs;
  wire conv_end; 
  wire tlc5615_clk;
  wire tlc5615_data;





TLC5615_CTRL TLC5615_CTRL(
  .sys_clk(sys_clk),
  .rst(rst),
  .conv_en(conv_en),   
  .conv_data(conv_data), 
  .cs(cs),
  .conv_end(conv_end), 
  .tlc5615_clk(tlc5615_clk),
  .tlc5615_data(tlc5615_data)
);


 initial sys_clk =1;
 always #10 sys_clk = ~sys_clk;
 initial begin
    rst = 1'b0;
	 conv_en = 1'b0;
	 conv_data = 0;
	 
	 #201;
	 rst = 1'b1;
	 
	 #100;
	 conv_data = {10'h2aa,2'b00};
	 conv_en = 1'b1;
	 #100;
	 conv_en = 1'b0;
	 
	 @(posedge conv_end);
	 #400;
	 conv_data = {10'h3e8,2'b00};
	 conv_en = 1'b1;
    @(posedge conv_end);
	 #400;
	 $stop;
	 
	 end
	 
endmodule 

6、仿真图

7、验证
      将程序下载至开发板后，将对应的引脚连接至TLC5615模块上，利用万用表测出电压值与实际相符合。
PS:
V为转换后的电压值，Vref为参考电压，data为转换为十进制的值。