FPGA与ADC的SPI配置实战篇1_AD9639四线SPI配置

前端时间写过几篇关于FPGA通过SPI接口配置ADC的文章，收到了很多朋友的意见和建议，如今实现方式上又有了很大改进。因此笔者打算再更新几篇关于这方面的内容，并且为了不和以前的内容重复，这次主要以实际操作为主，一些基本的概念就不介绍了。

本篇以ADI公司的多通道高速ADC—AD9639为实例，向大家演示FPGA是如何通过SPI协议向该ADC读写寄存器配置数据的。如下图所示为AD9639的功能框图，不难发现其SPI接口既可以实现三线模式也可以实现四线模式，本篇将演示4线模式，三线模式的读写控制咱们下篇见~

 

既然是实例操作，就必须与硬件相结合。如下图所示为本人以前设计的一款8通道、150MHz采样频率的数据采集卡：8路模拟信号通过SMA连接头接入、系统时钟采用TI的LMK03系列的时钟控制芯片来产生任意频率的时钟供给FPGA和ADC。配置的工程将采用ISE14.7来建立，配置的代码为verilog。

该款ADC和ADI公司其他ADC的SPI配置方式相同，其数据传输的结构如下图所示：

每次事件传输24bit数据，MSB为读/写控制位，接下来2bit为一次传输数据的大小，一般写0即可，A12-A0为地址位，D7-D0为数据位。

当FPGA向ADC读写配置数据时，就需要完成上图的时序功能，每配置一个寄存器，就执行上图的逻辑功能一次，如果是配置多个寄存器，则反复执行上述逻辑即可。

本次的4线配置逻辑的顶层逻辑接口如下图所示：

本例程实现了3个寄存器的写和读：如下图所示：

当然，配置个数可以任意改动，只要改变Wr_n这个写参数和Rd_n读参数个数即可。RdData1~3为存储读到的3个寄存器的值，方便chipscope观察。

根据AD9639的手册说明，当配置WrtieReg1后，该寄存器地址读到的数据应该为8’h18；当配置WrtieReg2后，该寄存器地址读到的数据也应该为8’h01；同样读芯片的ID号，结果应该与手册给的8’h29一致。这里大家如果不太清楚，可以查阅芯片手册的配置地址和数据部分章节，里面已经详细说明。

接下里咱们就说下如何用代码具体实现读写过程，首先咱们先介绍FPGA如何向ADC写入配置数据，请看如下代码：

该代码目的是实现一个24bit的寄存器地址+数据的写入，但是咱们要写3个寄存器的数据，而有的ADC可能需要写入更多的配置数据，总不能将代码复制很多遍吧，那样效率太低了，这里咱们就用了一个循环，里面的n值就代表写入的个数，具体如何循环请看如下代码：

该段代码就实现了循环写的功能，因此整个ADC的配置过程只需要4个状态，即可完成全部的配置，是不是很方便呢？

接下来咱们将写入ADC的数据再读出来看看是否配置正确吧，请看如下代码：

上面的代码就实现了1次寄存器的读操作，咱们需要读3个寄存器的值甚至更多的时候，不可能一次次的读，所以这里也用循环的操作，使代码尽可能简洁，下图代码的功能就是让上图的代码循环m次：

循环m次后，将得到m个寄存器的值，这个例程里是3个值，将这3个值与预期值比较，如果相同，则配置成功，如果不同，则说明哪地方出问题了，需要仔细检查~如下图所示：

这样4线SPI的配置过程就完成了，总共用了15个状态，其中好几个等待状态都是冗余的，实际应用中大家去掉也没事。用上面介绍的代码在ise14.7上运行，并下载到电路板上，咱们观察chipscope吧！

如下图所示为分别读写3个寄存器的时序图，可以看到最终咱们读到的寄存器值分别为8’h18、8’h29、8’h01，与预期值完全一致，配置成功！

咱们再看看逻辑实现的写过程的具体时序图吧，下图所示为写WrtieReg2的实际时序，写入的数据为8’h01：

         咱们再看读该寄存器的时序图，如下图所示：可以看到读到的数据也为8’h01，OK！

AD9639的实际操作就这样完成了，介绍性的东西写的较少，以前的几篇都写过，所以本篇直接拿出干货供大家参考。如果一开始不明白的地方，大家可以好好琢磨，毕竟代码也就那么几行，还有注释，搞明白了以后ADI公司的4线ADC的SPI配置就都没问题了~

3线的SPI配置稍微复杂一些，涉及到FPGA的I/O的控制，体现在配置逻辑里则稍微麻烦一点，但也和4线SPI配置大同小异，下篇将介绍~