1本教程重點

介紹模數轉換原理。

介紹SPI通信協議。

介紹LTC2308工作原理。

學習Verilog代碼設計。

學習ModelSim仿真。

學習Matlab生成正弦信號。

2實驗任務

通過FPGA對模數轉換芯片（LTC2308）的采樣控制，實現一個簡易的數字電壓表。具體功能如下：

設計一個數字電壓表，通過撥碼開關 SW[2:0]選擇 LTC2308 的不同 ADC 通道；按下 KEY[1]觸發 LTC2308 啟動采樣與轉換；轉換結束后，點亮一顆 LED 作為狀態指示;最終轉換結果以十進制形式在 HEX[3:0]數碼管上顯示。

3實驗原理分析

關于模數轉換原理請參考：

02-基于FPGA和LTC2308的數字電壓表設計——模數轉換原理（后期發布）

關于LTC2308芯片解讀請參考：

03-基于FPGA和LTC2308的數字電壓表設計——LTC2308數據手冊解讀（后期發布）

關于DE10-Standard 開發板LTC2308電路圖設定如下：

該實驗的功能設計框圖如下：

4Verilog 代碼

工程最終的RTL Viewer圖如下：

digital_voltmeter.v: 工程top文件，里面例化了各個模塊。

pll_40 IP: 板載50M晶振分頻出40M給其他子模塊。

adc_ltc2308.v：實現SPI協議去控制LTC2308器件。關于SPI協議詳解請參考：04-基于FPGA和LTC2308的數字電壓表設計——SPI協議詳解（后期發布）。關于代碼講解請參考：05-基于FPGA和LTC2308的數字電壓表設計——FPGA實現SPI協議（后期發布）。

bin_to_bcd.v：將二進制數轉換成十進制數。

seg_display.v: 將十進制數轉換成能在數碼管上顯示的信號。數碼管原理解說請參考往期文章：基于FPGA的貪吃蛇游戲設計（二）——數碼管驅動模塊

每個模塊的源代碼參見本文文末的資源下載連接。

5LTC2308控制模塊功能仿真

關于LTC2308控制模塊的仿真請參考連接：

06-基于FPGA和LTC2308的數字電壓表設計——ModelSim仿真與Matlab模擬信號產生（后期發布）。

6實驗準備工作

硬件平臺：DE10-Standard 開發板

（或者是DE1-SOC、DE25-Standard、C5G、TSP開發板也都支持，DE10-Nano、ADC-SOC、DE0-Nano-SOC 、TSOM（ADC在TSOM-BB底板上）這四種開發板上雖然有LTC2308器件，但是沒有數碼管顯示，所以工程不能直接套用。 另外，針對DE25-Standard開發板需要Quartus Pro v24.1及以上版本才行）

開發和調試工具：Quartus17.1

7實驗步驟

1. 在開始菜單里面點擊Quartus軟件打開它：

2. 按照文章基于DE1-SOC的My_first_fpga去創建一個新的digital_voltmeter工程，top文件Verilog代碼直接拷貝digital_voltmeter.zip里面的。

3. 繼續創建2個Verilog 文件（seg_display.v和adc_ltc2308.v），代碼直接拷貝digital_voltmeter.zip里面的。

4. 在IP Catalog里面輸入PLL，并雙擊打開Altera PLL IP：

5. 保存路徑選擇digital_voltmeter工程下，PLL 模塊命名為pll_40:

6. 設置PLL 的參數如下：

7. 對工程進行分析和綜合：

8. 進行引腳分配：

根據DE10-StandardManualDE10-Standard_User_manual.pdf手冊的引腳分配表或者直接查看DE10-StandardSchematicDE10-Standard.pdf電路圖完成以下引腳分配：

9. 進行工程全編譯，生成sof文件：

10. 下板驗證

沒有電位器的話也可以用一根杜邦線完成測試，具體測試如下：

（1）連接開發板的Blaster口到PC，然后連接開發板電源給開發板供電。

（2）繼續參考基于DE1-SOC的My_first_fpga將digital_voltmeter.sof配置到FPGA 開發板當中。

（3）切換SW[2:0]=00，選擇通道0。

（4）通道0 連接到GND引腳（參考下圖找到GND引腳是pin10）

（5）按KEY0復位，按KEY1觸發LTC2308進行測量，測得結果如下：

（6）繼續選擇通道0去連接到3.3V引腳(按照下圖找到3.3V對應GPIO插針槽的pin29)：

（7） 按KEY1測得結果如下：

備注：DE10-Standard的數碼管沒有小數點顯示位，所以電路當中沒有對小數點進行處理。