实验十数据采集电路.docx

设计实现下图（教材 297 页图 10-23）所示的数据采集电路，利用 FPGA直接控制 ADC0809 对模拟信号进行采样，将转换好的二进制数存储到 RAM 存储器中。图中 RAM 调用 LPM 功能模块定制实现。 写出下图电路的完整 VHDL 代码，并进行仿真测试。 在本实验中，我们关注的是数据采集电路的设计，该电路主要由FPGA、ADC0809模数转换器和LPM功能模块实现的RAM组成。ADC0809是8位并行输出的模数转换器，它可以将输入的模拟信号转化为数字信号。FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为可编程逻辑器件，负责控制ADC0809的采样过程，并将得到的二进制数存储到RAM中。 ADC0809的VHDL代码展示了其工作状态机的实现。代码中的`states`类型定义了ADC0809在采样过程中经历的不同状态，如`s0`至`s4`。`cst`和`nst`分别是当前状态和下一状态的信号，它们在状态机的进程中被更新。`EOC`（End of Conversion）信号用于指示转换完成，当`EOC='1'`时，表明转换结束，状态机进入下一个状态。`ALE`、`START`、`OE`等信号是与ADC0809通信的关键接口，它们根据状态机的状态变化来控制ADC的操作。 RAM8B元件代码则使用了Altera的LPM（Logic Macro）功能模块，这是一种预定义的硬件宏，可以快速便捷地实现RAM功能。该RAM模块有地址、数据、时钟、写使能和读数据输出等接口。`address`用于指定存储单元的位置，`data`为写入或读取的数据，`inclock`和`outclock`分别为内部和外部时钟，`wren`是写使能信号，`q`是读数据输出。`altsyncram`组件是具体实现同步RAM的模块，可以通过参数配置其工作模式、容量等特性。 设计数据采集电路时，首先需要理解ADC0809的工作原理，包括其采样、转换和输出的过程。接着，根据ADC0809的控制信号要求，编写VHDL代码实现FPGA对ADC的控制逻辑。这通常涉及到状态机的设计，确保在正确的时间点触发ADC的转换，并在转换完成后读取结果。 然后，要实现数据存储部分，可以利用LPM功能模块创建一个RAM模型，通过地址线选择存储单元，通过写使能和数据线进行数据的存取。为了保证数据的正确存储，需要协调ADC的转换速率与RAM的写入速度，确保在ADC输出稳定后写入数据。 为了验证设计的正确性，需要进行仿真测试。这包括设置不同的输入模拟信号，检查ADC的输出是否正确，以及检查数据是否成功存储在RAM中。仿真测试通常使用VHDL的测试平台，通过生成激励信号并观察响应来验证整个系统的功能。 在实际操作中，还需要考虑其他因素，如电源管理、信号噪声抑制、时序分析等。完成所有设计后，将VHDL代码下载到FPGA硬件中，进行实际的硬件验证。这个实验不仅锻炼了VHDL编程能力，也强化了对数字系统设计和数据采集的理解。