Современная электроника №4/2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2021 Практика использования встроенного АЦП в ПЛИС семейства MAX10 Часть 3. Цифровой вольтметр/термометр на базе АЦП ПЛИС MAX10 Предлагаемая статья содержит информацию по практическому применению аппаратного модуля АЦП, входящего в состав ПЛИС семейства MAX10 производства Intel (Altera). В третьей части статьи изложенная в предыдущих частях справочная информация иллюстрируется на примере рабочего проекта ПЛИС с АЦП, реализующего функции цифрового вольтметра и цифрового термометра с выводом результатов измерений на индикатор и во внешние устройства. Павел Редькин (г. Ульяновск) Функции проекта ПЛИС Описанныйв статье проектПЛИС, реа- лизующий обслуживание IP-ядра моду- ля АЦП в ПЛИС, является тестовым. Он разработан для ПЛИС 10M08SAE144C8G из состава отладочной платы Altera MAX10 FPGA. Проект предназначен для исследования АЦП, а также для отладки взаимодействия модуля АЦП в ПЛИС и цифровой части ПЛИС и внешних по отношению к ПЛИС устройств. Вместе с тем этот проект вполне успешно реа- лизует функции цифрового вольтметра и цифрового термометра, используя для реализации последнейфункции встро- енный температурный датчик модуля АЦП в ПЛИС. Проект ПЛИС в виде архивного фай- ла MAX_10_ADC_1.zip можно загрузить с сайта журнала. Проект ПЛИС позволяет произво- дить исследование любого из кана- лов АЦП, однако аппаратно для иссле- дования АЦП больше всего подходит его канал 7, входные цепи которого на отладочной плате Altera MAX10 FPGA снабжены потенциометром для обеспе- чения возможности регулировки вход- ного измеряемого напряжения АЦП. В качестве входного измеряемого напряжения для АЦП в ПЛИС мож- но использовать внешнее постоян- ное напряжение в диапазоне от 0 до +3,3 В относительно аналогового общего провода (обозначение цепи на схеме рисунка 10 во 2-й части ста- тьи), поступающее на вход повторите- ля напряжения на операционном уси- лителе (ОУ) U4C с контакта 7 разъёма J4 (цепь Arduino_A6 на схеме рисунка 10). С помощью перемычки в джампе- ре J7 можно альтернативно подать на вход ОУ регулируемое напряжение с движка потенциометра R16. Выход ОУ U4C через фильтрующую RC-цепочку R92, C59 подключён к универсально- му входу АЦП в ПЛИС ADCIN7 (канал 7 АЦП). Резистор R84, образующий ниж- нее плечо предварительного делите- ля входного напряжения на 2, автор в ходе экспериментов с АЦП из отладоч- ной платы демонтировал. Кроме того, в отладочную плату были внесены сле- дующие доработки: ● удалены элементы R73, C46, подклю- чённые к выделенному входу АЦП ANAIN1 (выводу 3 ПЛИС U2); ● выделенный вход АЦП ANAIN1 (вы- вод 3 ПЛИС U2) соединён методом на- весного монтажа с цепью Arduino_A6 в точке контакта 1 джампера J7. Проведённые доработки обеспечива- ют возможность использования в про- екте выделенного входа ПЛИС. Для «ручного» управления режимом и состоянием АЦП в собранном на осно- ве отладочной платы макете предусмо- трены кнопки управления SB1…SB6, которые позволяют выбирать канал АЦП для преобразований по кольцу и задавать уровни цифровых сигналов управления АЦП. Все текущие параметры режима АЦП и результаты преобразований проект ПЛИС отображает на подключённом к ПЛИС ЖКИ: состояние АЦП (вклю- чено/отключено) «VAL_ADC=ON/OFF», запуск/останов АЦП «ADC=Pusk/Stop», выбранный для преобразований канал АЦП «CHAN=xx», где xx – номер канала в диапазоне от 0 до 20, текущий резуль- тат АЦП в битах и милливольтах «ADC_ OUT=yyyy bit» и «U=zzzz mV», значение температуры кристалла ПЛИС со знаком в ° С «T=mmmmC» в случае, если для пре- образований выбран канал встроенного температурного датчика TSD (канал 17). Обновление показаний ЖКИ осущест- вляется каждые 0,5 с. Никакого усред- нения результатов АЦП для вывода на индикацию в проекте ПЛИС не произ- водится: на индикациюпоступает про- сто каждый пятисоттысячный результат при измерении внешнего напряжения или каждый двадцатипятитысячный – при измерении температуры. Текущее состояние сигналов command_startofpacket_ADC и command_endofpacket_ADC, с помо- щью которых осуществляются запуск и останов АЦП, помимо индикации на ЖКИ («ADC=Pusk/Stop») дублиру- ется штатными светодиодами отла- дочной платы D5 и D4 соответствен- но. Свечение светодиода указывает на высокий (активный) уровень соот- ветствующего сигнала. Светодиод D1 используется для индикации секунд- ного ритма. Для выдачи результатов АЦП в про- екте ПЛИС одновременно используют- ся три способа: индикация результата АЦП на ЖКИ в битах, милливольтах и ° С (последнее только в случае выбора для преобразований канала 17 темпера- турного датчика TSD), выдача результа- та АЦПиз ПЛИС в параллельном виде в битах, выдача результата АЦПиз ПЛИС в последовательном виде в битах. Выда- ча результатов АЦП в параллельном и последовательном виде реализована для обеспечения возможности детального, в том числе статистического, исследо- вания АЦП, поскольку через эти интер- фейсы выдаётся результат каждой про- изводимой АЦП выборки. Индикация результата АЦП на ЖКИ реализована в проекте ПЛИС для обеспечения общей визуальной оценки АЦП. Структура проекта ПЛИС Исходные коды проекта ПЛИС напи- саны на языке описания аппаратных