基于FPGA和LTC2308模数转换芯片的数字电压表设计

1本教程重点

介绍模数转换原理。

介绍SPI通信协议。

介绍LTC2308工作原理。

学习Verilog代码设计。

学习ModelSim仿真。

学习Matlab生成正弦信号。

2实验任务

通过FPGA对模数转换芯片（LTC2308）的采样控制，实现一个简易的数字电压表。具体功能如下：

设计一个数字电压表，通过拨码开关 SW[2:0]选择 LTC2308 的不同 ADC 通道；按下 KEY[1]触发 LTC2308 启动采样与转换；转换结束后，点亮一颗 LED 作为状态指示;最终转换结果以十进制形式在 HEX[3:0]数码管上显示。

3实验原理分析

关于模数转换原理请参考：

02-基于FPGA和LTC2308的数字电压表设计——模数转换原理（后期发布）

关于LTC2308芯片解读请参考：

03-基于FPGA和LTC2308的数字电压表设计——LTC2308数据手册解读（后期发布）

关于DE10-Standard 开发板LTC2308电路图设定如下：

该实验的功能设计框图如下：

4Verilog 代码

工程最终的RTL Viewer图如下：

digital_voltmeter.v: 工程top文件，里面例化了各个模块。

pll_40 IP: 板载50M晶振分频出40M给其他子模块。

adc_ltc2308.v：实现SPI协议去控制LTC2308器件。关于SPI协议详解请参考：04-基于FPGA和LTC2308的数字电压表设计——SPI协议详解（后期发布）。关于代码讲解请参考：05-基于FPGA和LTC2308的数字电压表设计——FPGA实现SPI协议（后期发布）。

bin_to_bcd.v：将二进制数转换成十进制数。

seg_display.v: 将十进制数转换成能在数码管上显示的信号。数码管原理解说请参考往期文章：基于FPGA的贪吃蛇游戏设计（二）——数码管驱动模块

每个模块的源代码参见本文文末的资源下载连接。

5LTC2308控制模块功能仿真

关于LTC2308控制模块的仿真请参考连接：

06-基于FPGA和LTC2308的数字电压表设计——ModelSim仿真与Matlab模拟信号产生（后期发布）。

6实验准备工作

硬件平台：DE10-Standard 开发板

（或者是DE1-SOC、DE25-Standard、C5G、TSP开发板也都支持，DE10-Nano、ADC-SOC、DE0-Nano-SOC 、TSOM（ADC在TSOM-BB底板上）这四种开发板上虽然有LTC2308器件，但是没有数码管显示，所以工程不能直接套用。 另外，针对DE25-Standard开发板需要Quartus Pro v24.1及以上版本才行）

开发和调试工具：Quartus17.1

7实验步骤

1. 在开始菜单里面点击Quartus软件打开它：

2. 按照文章基于DE1-SOC的My_first_fpga去创建一个新的digital_voltmeter工程，top文件Verilog代码直接拷贝digital_voltmeter.zip里面的。

3. 继续创建2个Verilog 文件（seg_display.v和adc_ltc2308.v），代码直接拷贝digital_voltmeter.zip里面的。

4. 在IP Catalog里面输入PLL，并双击打开Altera PLL IP：

5. 保存路径选择digital_voltmeter工程下，PLL 模块命名为pll_40:

6. 设置PLL 的参数如下：

7. 对工程进行分析和综合：

8. 进行引脚分配：

根据DE10-StandardManualDE10-Standard_User_manual.pdf手册的引脚分配表或者直接查看DE10-StandardSchematicDE10-Standard.pdf电路图完成以下引脚分配：

9. 进行工程全编译，生成sof文件：

10. 下板验证

没有电位器的话也可以用一根杜邦线完成测试，具体测试如下：

（1）连接开发板的Blaster口到PC，然后连接开发板电源给开发板供电。

（2）继续参考基于DE1-SOC的My_first_fpga将digital_voltmeter.sof配置到FPGA 开发板当中。

（3）切换SW[2:0]=00，选择通道0。

（4）通道0 连接到GND引脚（参考下图找到GND引脚是pin10）

（5）按KEY0复位，按KEY1触发LTC2308进行测量，测得结果如下：

（6）继续选择通道0去连接到3.3V引脚(按照下图找到3.3V对应GPIO插针槽的pin29)：

（7） 按KEY1测得结果如下：

备注：DE10-Standard的数码管没有小数点显示位，所以电路当中没有对小数点进行处理。