实验十二 DA及DDS 12.1 R-2R DA输出实验

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一、实验设计目标

编写程序，使用FPGA驱动R-2R电路，输出正弦波。

二、实验设计思路

任意复杂的数字电路都可以使用FPGA实现，但当关联上模拟信号时，就需要AD、DA芯片作为转换器件。AD是把模拟信号转变成数字信号，再送给FPGA做数字算法处理；DA则是将FPGA处理过后的数字信号转变成模拟信号。

本实验由FPGA的8个管脚输出的二进制数值，经过R-2R电路转换后输出相应的模拟值，改变输入的数字值便可得到幅度变化的模拟信号输出。R-2R DAC的实物位置和电路原理图如图2.1所示。

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图2.1 R-2R DAC****电路

输出电压与DAC_D0-DAC_D7的码值关系为：DAC_VOUT = 3.3V * 码值/256

本实验使用FPGA驱动R-2R电路，由按键KEY0控制R-2R DAC的输入码值是来自拨动开关SW0-7，还是来自计数器产生的循环递增信号。

三、功能模块图与输入输出引脚说明

下面介绍一下顶层模块各引脚的功能：

（1）CLK：50MHz的时钟信号输入。

（2）DAC_Data：输送到R-2R电路的数字值，共有八位，引脚与LED复用。

（3）row：矩阵按键的行信号；这里固定输出4’b0111;

（4）col：矩阵按键的列信号；配合行线输出的4’b0111来判断KEY0和KEY1是否按下。其中col[0]/KEY0用来选通DAC输入数据来源，col[1]/KEY1用来实现低电平有效的全局复位。

（5）SW_In：拨动开关输入；

四、程序设计

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21-31：从50MHz分频产生100KHz的时钟

35-43：使用100KHz时钟产生0-255的循环计数

46：使用按键KEY0选择送给DAC的码值是来自拨动开关还是计数器输出

五、FPGA管脚配置

set_pin_assignment { CLK } { LOCATION = R7; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { div_clk } { LOCATION = T4; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { col[0] } { LOCATION = E11; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { col[1] } { LOCATION = D11; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[0] } { LOCATION = B14; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[1] } { LOCATION = B15; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[2] } { LOCATION = B16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[3] } { LOCATION = C15; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[4] } { LOCATION = C16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[5] } { LOCATION = E13; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[6] } { LOCATION = E16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { DAC_Data[7]} { LOCATION = F16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { row[0] } { LOCATION = D9; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { row[1] } { LOCATION = F9; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { row[2] } { LOCATION = C10; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { row[3] } { LOCATION = E10; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[0] } { LOCATION = A9; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[1] } { LOCATION = A10; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[2] } { LOCATION = B10; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[3] } { LOCATION = A11; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[4] } { LOCATION = A12; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[5] } { LOCATION = B12; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[6] } { LOCATION = A13; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

set_pin_assignment { SW_In[7] } { LOCATION = A14; IOSTANDARD = LVCMOS33; }

六、实验结果

当KEY0未按下时，DAC输出为SW_In的数字码值转换为的模拟电压。例如当SW_In=8’b00111111时，示波器采到DAC输出为815mV，与计算得到的3.3V*63/256 = 812mV是吻合的。其他码值与电压的关系可以自行验证。

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当KEY0按下时，DAC输出dac_cnt的计数值，该计数值从0-255循环，输出的模拟波形如下图所采集，锯齿波的频率为100KHz/256 = 390Hz，峰峰值3.3V。

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图2.6 R-2R DAC输出的锯齿波