本文主要是介绍从零开始利用MATLAB进行FPGA设计（六）用ADC采集信号教程1，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
黑金的教程做的实在太拉闸了，于是自己摸索信号采集模块的使用方法。
ADC模块：AN9238
FPGA开发板：AX7020；Xilinx 公司的 Zynq7000 系列的芯片XC7Z020-2CLG400I，400引脚 FBGA 封装。
往期回顾：
从零开始利用MATLAB进行FPGA设计（五）详解双口RAM从零开始利用MATLAB进行FPGA设计（四）生成优化HDL代码
目录
1.顶层模块设计
顶层模块接口
时钟生成
AD采样模块
FIFO缓冲区
ILA实例化
2.PLL
IP核设置
IP实例化
3.FIFO
4.ILA
5.testbench仿真
1.顶层模块设计
信号采集程序的顶层模块主要包括时钟生成、AD采样、FIFO缓冲区管理和逻辑分析仪ILA四个部分。通过PLL生成两个时钟信号，通过AD模块将模拟信号转为数字信号，通过FIFO缓冲区对采样数据进行缓存，最后通过FIFO缓冲区对采样数据进行缓存。
顶层模块接口
module top(input clk50m, // 系统时钟input reset_n,output wire [0:0] clk65m_1, // FPGA输出的时钟信号1，作为AD模块的输入时钟1output wire [0:0] clk70m_1, // FPGA输出的时钟信号2，作为AD模块的输入时钟2input wire [11:0] ad1_in, // 离散数据输入到FPGAinput wire [11:0] ad2_in
);
这个模块有以下输入和输出端口：
-
clk50m: 50MHz系统时钟输入。 -
reset_n: 复位信号，低电平有效。 -
clk65m_1和clk70m_1: 由FPGA输出的两个时钟信号，分别用于AD模块的输入时钟。 -
ad1_in和ad2_in: 12位宽的模拟数据输入信号。
时钟生成
wire clk65m;
wire clk70m;
assign clk65m_1 = clk65m;
assign clk70m_1 = clk70m;pll pll_inst (// Clock out ports.clk_out1(clk65m), // output clk_out1.clk_out2(clk70m), // output clk_out2// Status and control signals.reset(~reset_n), // input reset.locked(), // output locked// Clock in ports.clk_in1(clk50m) // input clk_in1
);
通过PLL模块生成两个时钟信号 clk65m 和 clk70m，并将它们分别分配给 clk65m_1 和 clk70m_1。
AD采样模块
wire [11:0] ad_ch1;
wire [11:0] ad_ch2;v_ad v_ad_inst (.ad1_clk(clk65m_1), // 65M.ad2_clk(clk65m_1), // 65M.ad1_in(ad1_in), // 模拟数据输入到AD模块.ad2_in(ad2_in),.ad_ch1(ad_ch1), // AD模块输出数字数据.ad_ch2(ad_ch2)
);这个模块实例化了一个名为 v_ad 的AD采样模块，将两个模拟输入信号 ad1_in 和 ad2_in 转换为数字信号 ad_ch1 和 ad_ch2。
FIFO缓冲区
wire wr_en = 1; // 写使能
wire rd_en = 1; // 读使能
wire [11:0] dout; // 读数据
wire full; // 写满信号
wire empty; // 读空信号
wire [9:0] rd_data_count; // 可读数据数量
wire [9:0] wr_data_count; // 已写入的数据数量fifo_generator_0 fifo_wr_inst (.rst(~reset_n), // input wire rst.wr_clk(clk65m), // input wire wr_clk.rd_clk(clk70m), // input wire rd_clk.din(ad1_in), // input wire [11:0] din.wr_en(wr_en), // input wire wr_en.rd_en(rd_en), // input wire rd_en.dout(dout), // output wire [11:0] dout.full(full), // output wire full.empty(empty), // output wire empty.rd_data_count(rd_data_count), // output wire [9:0] rd_data_count.wr_data_count(wr_data_count) // output wire [9:0] wr_data_count
);例化了一个FIFO缓冲区，用于缓存AD采样的数据。FIFO的写时钟是 clk65m，读时钟是 clk70m。
ILA实例化
ila_0 ila_0_inst (.clk(clk50m), // input wire clk.probe0(ad1_in), // input wire [11:0] probe0.probe1(ad2_in), // input wire [11:0] probe1.probe2(ad_ch1), // input wire [11:0] probe2.probe3(ad_ch2), // input wire [11:0] probe3.probe4(ad1_in), // input wire [11:0] probe4.probe5(dout), // input wire [11:0] probe5.probe6(rd_data_count), // input wire [9:0] probe6.probe7(wr_data_count), // input wire [9:0] probe7.probe8(clk65m), // input wire [0:0] probe8.probe9(clk70m) // input wire [0:0] probe9
);接下来对各个模块进行具体分析：
2.PLL
IP核设置
PLL锁相环，是FPGA中的重要资源。一个复杂的FPGA系统往往需要多个不同频率、相位的时钟信号。7 系列的 FPGA 使用了专用的全局(Global)和区域(Regional)IO 和时钟资源来管理设计中各种时钟需求。Clock Management Tiles(CMT)提供了时钟合成(Clock frequency synthesis)，倾斜矫正 (deskew)，过滤抖动(jitter filtering)功能。
每个CMTs包含一个MMCM（混合模式始终管理器）和一个PLL，输出需要接到BUFG（全局时钟缓存）或者BUFH（水平时钟缓存器）后使用。
PLL主要用于频率综合，使用一个PLL从一个输入时钟信号生成多个时钟信号。
在Project Manager下选择IP catalog，搜索Clocking后选择Clocking Wizard，进行配置如下：
PLL的输入信号必须来自于普通单端时钟信号！否则在进行编译过程中会出现报错：
报错：[DRC REQP-1712] Input clock driver: Unsupported PLLE2_ADV connectivity. The signal pll_inst/inst/clk_in1 on the pll_inst/inst/plle2_adv_inst/CLKIN1 pin of pll_inst/inst/plle2_adv_inst with COMPENSATION mode ZHOLD must be driven by a clock capable IO.
将PLL的clk_in1的source参数修改为Global buffer即可。
各引脚定义与顶层模块中保持一致。
IP实例化
IP Sources界面找到pll.veo文件，文件中是IP的例化模板。
3.FIFO
FIFO：First in, First out代表先进的数据先出，后进的数据后出。FIFO本质上是一种RAM，增加了许多功能，但没有地址线，不能进行随即地址读写（但在FIFO内部还是有地址操作）。
可以把 FIFO 想象成一个水池，写通道即为加水，读通道即为放水，假如不间断的加水和放水，如果加水速度比放水速度快，那么 FIFO 就会有满的时候，如果满了还继续加水就会溢出 overflow，如果放水速度比加水速度快，那么 FIFO 就会有空的时候。
根据读写时钟，可以分为同步 FIFO（读写时钟相同）和异步 FIFO（读写时钟不同）。本例采用异步 FIFO的控制，其中读时钟为65MHz，写时钟为70MHz。
FIFO配置如下所示：
在时钟与及资源类型中选择independent（读写不同）。
读模式中：
- standard mode：仅在执行读操作时从FIFO获取数据
- first word fall through：在不执行读操作时提前从FIFO获取下一个数据，当数据在FIFO中可用时第一个数据自动出现在总线上
4.ILA
ILA是vivado内嵌的在线调试逻辑分析仪。
probe的数量取决于要采样的信号，Sample Data Depth 指的是采样深度，设置的越高，采集的信号越多，同样消耗的资源也会越多。
probe的宽度取决于采集信号的宽度。
5.testbench仿真
编写仿真程序：
module tb_top;// Input signalsreg clk50m;reg reset_n;reg [11:0] ad1_in;reg [11:0] ad2_in;// Signals to connect with DUT (Device Under Test)wire [0:0] clk65m_1;wire [0:0] clk70m_1;wire [11:0] ad_ch1;wire [11:0] ad_ch2;wire [11:0] dout;// Instantiate the top moduletop top_inst(.clk50m(clk50m),.reset_n(reset_n),.clk65m_1(clk65m_1),.clk70m_1(clk70m_1),.ad1_in(ad1_in),.ad2_in(ad2_in));// Simulate input signalsinitial begin// Initialize inputsclk50m = 0;reset_n = 0;ad1_in = 12'd0;ad2_in = 12'd0;// Apply reset#1000;reset_n = 1;end// Generate clock signalalways #10 clk50m = ~clk50m;// Generate 1kHz triangle wave for ad1_inreg [31:0] counter = 0;always @(posedge clk50m or negedge reset_n) beginif (!reset_n) beginad1_in <= 12'd0;counter <= 32'd0;end else beginif (counter < 1000) beginad1_in <= ad1_in + (12'd1);end else if (counter < 2000) beginad1_in <= ad1_in - (12'd1);end else begincounter <= 32'd0;endcounter <= counter + 1;endend// Simulate ad2_in as a simple ramp signal for varietyalways @(posedge clk50m or negedge reset_n) beginif (!reset_n) beginad2_in <= 12'd0;end else beginad2_in <= ad2_in + 12'd2;endend// Extract fifo_din and fifo_dout from internal signalswire [11:0] fifo_din = ad1_in; // Connecting directly to ad1_in for monitoringwire [11:0] fifo_dout = top_inst.fifo_wr_inst.dout; // Accessing the internal signal dout// Monitor fifo signalsinitial begin$monitor("At time %t, fifo_din = %d, fifo_dout = %d", $time, fifo_din, fifo_dout);endendmodule
仿真的核心在于通过计数器counter控制生成1kHz的信号，分成上升沿和下降沿两个部分，每个部分500us。
通过 $monitor 系统任务，实时显示 fifo_din 和 fifo_dout 信号的值。
fifo_din 直接连接到 ad1_in，fifo_dout 通过实例化顶层模块并访问 fifo_wr_inst 的 dout 信号进行监控。
运行仿真查看结果：
如果希望看到模拟信号则需要更改信号类型：
这篇关于从零开始利用MATLAB进行FPGA设计（六）用ADC采集信号教程1的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
