ZCU106的FMC接口AD/DA（全网唯一、全网最详）

马上就要毕业啦，好久没写文章了，今天给大家带来硕士期间的最后一次AD/DA实验的实验记录，废话少说，先看连接与视频。

1. 连接

2. 视频

我做的实验是AN108+FL9613的DA与AD回环测试，可能和本节教程有点出入，不过没关系，能成功就行。

实验视频

一、实验任务

采用xilinx的dds波形生成器通过DA输出模拟信号，AD采集这个模拟信号并转为数字信号。实验听起来很简单，毕竟这个属于大部分fpga厂商自带课程。但是如果没有开发经验或出现调试问题的，请耐心看完这篇文中。支持ZCU/VCU/K7等一系列xilinx官方板卡。

二、实验平台

3. 软件：Vivado 2019.1

4. 硬件：ZCU106（Xilinx）、FL1010（ALINX）、AN108（ALINX）

5. FL1010介绍

FL1010可将HPC/LPC接口转为40针接口，用以连接AN108（AN108只有32针，因此有8根空闲）。连接的时候看好GND端口，对齐连接即可。

上图为FL1010的引脚图，我们只用J2端口（标黄的部分），记住VADJ（红框）这个电平，后面debug会用到。下面两图为ZCU106的FMC的HPC端口，写XDC文件时需要将J2的管脚与HPC管脚配对。

6. AN108介绍

AN108，一个DA端口一个AD端口，现在买的都是黑色的，图中绿色的是老早以前的了，我用的黑色的。买AN108的时候会给一条两端为BNC口的连接线，将AD与DA连起来即可。

AD最大时钟频率为32MHz。DA最大时钟频率为125MHz。

上图为AN108的引脚图，共34针，与FL1010对其，接上即可。因此，实际上，写XDC文件时，只需要将用到的这18个管脚和HPC引脚配对即可。

三、实验内容

1. 建立项目（不说）

2. 配置时钟IP

一个50MHz用于DA，一个25MHz用于AD。

3. ddsIP配置

参考文献：

https://blog.youkuaiyun.com/keilzc/article/details/104146629
此文讲的配置方式为system parameter，即系统配置方法

本文主要hardware parameter，即硬件配置方法

因为AN108只支持8位宽，因此这里设置8位宽。相位的化主要根据需求来定啦，16位不行就32位，这个相位决定了控制字的位宽。

比如要生成1 HMz的sin波形，则

x=1*10^6*2^16/50=1310.72≈1311=10100011111（将此值写入）。

即可。

4. 代码

①顶层文件

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 东北电力大学
// Engineer: Yang Zheng
// 
// Create Date: 2023/02/06 21:40:02
// Design Name: 
// Module Name: Main
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//


module Main(
    //reference clock
    input                     sys_clk_p,
    input                     sys_clk_n,
    //AD
    input   [7:0]             AD_IN,        //AD输入数据
    output                    AD_CLK,       //AD(AD9280)驱动时钟,最大支持32Mhz时钟
    //DA
    output                    DA_CLK,       //DA(AD9708)驱动时钟,最大支持125Mhz时钟
    output  [7:0]             DA_A          //输出给DA的数据
    );

wire                             clk_da_50m;
wire                             clk_ad_25m;
wire                             locked;

clk_wiz_0 uut_clk_wiz_0(
    .clk_out1(clk_da_50m),
    .clk_out2(clk_ad_25m),
    .reset(1'b0),
    .locked(locked),//信号平稳后置1
    .clk_in1_p(sys_clk_p),
    .clk_in1_n(sys_clk_n)
);

//DDS IP核例化  
//output
wire [0:0]   m_axis_data_tvalid    ;
wire [7:0]   m_axis_data_tdata     ;
wire [0:0]   m_axis_phase_tvalid   ;
wire [15:0]  m_axis_phase_tdata    ;

dds_compiler_0 dds_compiler_0_inst (
  .aclk(clk_da_50m),                             // input wire aclk
  .m_axis_data_tvalid(m_axis_data_tvalid),      // output wire m_axis_data_tvalid
  .m_axis_data_tdata(m_axis_data_tdata),        // output wire [7 : 0] m_axis_data_tdata
  .m_axis_phase_tvalid(m_axis_phase_tvalid),    // output wire m_axis_phase_tvalid
  .m_axis_phase_tdata(m_axis_phase_tdata)      // output wire [15 : 0] m_axis_phase_tdata
);

reg rst_n = 1'b1;
// -----------2、AD9708-----------// 
wire da_clk;
wire [7:0] da_data;
AD9708 AD9708_inst(
    .clk         (clk_da_50m), 
    .rst_n       (rst_n),
    .data_in     (m_axis_data_tdata),
    .da_clk      (da_clk),  
    .da_data     (da_data)
);
assign DA_CLK = da_clk;
assign DA_A = da_data;
// -----------3、AD9708-----------// 
wire ad_clk;
wire [7:0] ad_data;
AD9280 AD9280_inst(
    .clk         (clk_ad_25m), 
    .rst_n       (rst_n),
    .ad_clk      (ad_clk),  
    .ad_data     (ad_data)
);
assign AD_CLK = ad_clk;
assign ad_data = AD_IN;
endmodule

②AD9708

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 东北电力大学
// Engineer: Yang Zheng
// 
// Create Date: 2023/02/06 23:48:13
// Design Name: 
// Module Name: AD9708
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//


module AD9708(
     input                 clk    ,  //时钟
     input                 rst_n  ,  //复位信号，低电平有效
     
     input        [7:0]    data_in,  //DDS读出的数据
     //DA芯片接口
     output                da_clk ,  //DA(AD9708)驱动时钟,最大支持125Mhz时钟
    (* MARK_DEBUG="true" *) output       [7:0]    da_data   //输出给DA的数据
    );
    //*****************************************************
    //**                    main code
    //*****************************************************
    
     //数据data_in是在clk的上升沿更新的，所以DA芯片在clk的下降沿
     //而DA实际上在da_clk的上升沿锁存数据,所以时钟取反,这样clk的下降沿相当于da_clk的上升沿
    assign  da_clk = ~clk;       
    assign  da_data = data_in;   //将读到的DDS数据
    
endmodule

③AD9280

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 东北电力大学
// Engineer: Yang Zheng
// 
// Create Date: 2023/02/06 23:49:33
// Design Name: 
// Module Name: AD9280
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//


module AD9280(
     input                 clk         ,  //时钟
     input                 rst_n       ,  //复位信号，低电平有效
     
     input         [7:0]   ad_data     ,  //AD输入数据
     output                ad_clk         //AD(AD9280)驱动时钟,最大支持32Mhz时钟
    );
    (* MARK_DEBUG="true" *)reg [7:0] AD_IN_d0 = 'd0;
    assign ad_clk = ~clk;

    always @(posedge ad_clk or negedge rst_n) begin
        if (~rst_n) begin
            
        end
        else begin
            AD_IN_d0 <= ad_data;
        end
    end
endmodule

由于每个器件引脚不一致，XDC就不给出了，自己查引脚图即可，需要ZCU106的请联系我。

④testbench

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 东北电力大学
// Engineer: Yang Zheng
// 
// Create Date: 2023/02/06 22:45:31
// Design Name: 
// Module Name: testbench
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// dds设置：控制字=输出频率*2^(相位宽度)/输入频率
//


module testbench(

    );
parameter PERIOD  = 8;


// Main Inputs
reg   clk                            = 0 ;
reg   [7:0]  AD_IN                         = 0 ;

// Main Outputs
wire  AD_CLK                               ;
wire  DA_CLK                               ;
wire  [7:0]  DA_A                          ;


initial
begin
    forever #(PERIOD/2)  clk=~clk;
end


Main  u_Main (
    .sys_clk_p               ( clk        ),
    .sys_clk_n               ( ~clk        ),
    .AD_IN                   ( AD_IN      [7:0] ),

    .AD_CLK                  ( AD_CLK           ),
    .DA_CLK                  ( DA_CLK           ),
    .DA_A                    ( DA_A       [7:0] )
);

always @(posedge clk)begin
    AD_IN <= AD_IN + 1'b1;
end

endmodule

5. 仿真测试

这里需要注意，看波形的时候需要进行两个设置

①设置有符号整数

②选择模拟量输出

6. 硬件实验

①综合

②点击set up debug，将两个dubug信号自动写入xdc约束文件中，然后ctrl+s保存

③生成bit

④查看ILA图像，如果AD_IN_d0信号为-1或ff没有输入，那么恭喜你，需要看第四部分了的debug内容了。

上面是一些教程或者书籍中的正常的硬件实验。他们可能调试的DA比较稳定，而我的就很不稳定哈哈哈哈（不过没关系，我的研究所用数据都是RT-lab输出的，不会存在波形这么失真的情况）。下面是我做的：

四、调试bug

1. 如果出现上述错误，大致因为前文提到的VADJ电压不正常，采用万用表测试VADJ电压即可。

①FL1010保留3个电位测试

②ZCU106的J94为VADJ点位，J33为GND点位

2. 安装CP210x串口驱动

3. 安装并打开SCUI。

①ZCU106的SCUI下载地址：https://china.xilinx.com/member/forms/download/design-license.html?cid=f9c3f796-9b83-4261-bda7-7f56b9210428&filename=rdf0450-zcu106-system-controller-c-2019-1.zip

其余的，自行去xilinx官网搜索即可。

②解压，打开config.json，滑倒最下面，将CP210x改为你的驱动即可，我的是CP2108

写的接口是3，所以连接的时候用的是COM6连接的。

4. 点击电压获取。等10s左右没有反应，则代表CP210x串口驱动没有安装好。

5. 修正VADJ电压，两个都点一下，以后再出错，重新弄就好啦！

//---------------------------------------------23/2/9更新

可能是我使用的dds信号发生，致使DA输出口的数据不稳定。我目前做的ADDA回环实验

1. AN108输出1 MHz的sin，FL9613可以采集到接近离谱的数据。

2. AN108输出10 MHz的sin，FL9613可以采集到较为正弦的数据。

这个DA波形已经失真了。

3. AN108输出45 MHz的sin，FL9613可以采集到接近离谱的数据。

这是DA输出的数据，看到已经失真了。

综上所述，主要看板子的时钟还有实验条件的干扰！！！想要调试成网上的波形，挺难的。。。。