論NIOS-II系統(tǒng)中A/D數(shù)據(jù)采集接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　圖4為在Quartus-II中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的ADC0804數(shù)據(jù)采集接口控制模塊的原理圖。

圖4 A/D數(shù)據(jù)采集控制模塊原理圖

　　其中read、readdata、reset、irq分別與AVALON總線相同命名的信號(hào)線相連，readclk與AVALON總線中clk相連， AD_50與FPGA的系統(tǒng)時(shí)鐘相連，wr_n、rd_n、writedata分別與ADC0804的寫信號(hào)線、讀信號(hào)線、數(shù)據(jù)線相連。ADC0804控制信號(hào)產(chǎn)生單元的實(shí)現(xiàn)，采用的是上文提到的被動(dòng)模式，該單元以固定的時(shí)序產(chǎn)生讀寫信號(hào)，本設(shè)計(jì)使用的采樣頻率約為3200Hz，此頻率可以根據(jù)用戶的需要而設(shè)定( 不大于10KHz即可)。

　　當(dāng)系統(tǒng)加電后，wr_n輸出一個(gè)有效的寫信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間后(T=327μs~328μs)，輸出讀信號(hào)，此時(shí)數(shù)據(jù)接口單元的寫允許信號(hào)wr_fifo變?yōu)橛行В瑫r(shí)外部A/D轉(zhuǎn)換器的讀允許信號(hào)也變?yōu)橛行?，此后ADC0804的數(shù)據(jù)端口上輸出有效數(shù)據(jù)，在wr_clk的上升沿將A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)讀入FIFO。控制邏輯單元的時(shí)序仿真圖如圖5。

　　由圖5可知，wr_fifo有效時(shí)，ADC0804必須在wr_clk的上升沿到來(lái)之前在其數(shù)據(jù)端口輸出有效的數(shù)據(jù)。由于wr_clk的周期為1ms，ADC0804的輸出鎖存由其讀引腳rd控制，rd變?yōu)橛行Ъ纯奢敵鲇行У臄?shù)據(jù)，故只要ADC0804的讀信號(hào)rd在外部輸入的作用下變?yōu)橛行У臅r(shí)間不超過(guò)500ns，讀操作就不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。ADC0804的rd信號(hào)三態(tài)延時(shí)最大為200ns，典型值為125ns，因此控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯單元滿足要求。

圖5 控制信號(hào)時(shí)序仿真

　　當(dāng)NIOS系統(tǒng)需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，在read和readclk上出現(xiàn)的是系統(tǒng)AVALON總線上的讀時(shí)序。時(shí)序圖如圖6。

　　在AVALON總線中定義了兩種類型的信號(hào)，一種是高電平有效，另一種是低電平有效。在本設(shè)計(jì)中選用的是高電平有效的類型。圖6是低電平有效的總線信號(hào)，與之對(duì)應(yīng)的高電平有效的總線信號(hào)時(shí)序圖中，read在有效時(shí)為高電平對(duì)應(yīng)于圖6中的readn的低電平部分。而address，be-n和chipselect在此可以不與考慮，添加到AVALON總線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)處理其連接問(wèn)題。

　　當(dāng)系統(tǒng)不讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)時(shí)，采集的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)處理單元控制處理。數(shù)據(jù)處理單元實(shí)現(xiàn)了對(duì)外部信號(hào)量的異常檢測(cè)，即，當(dāng)外部信號(hào)的幅值超出設(shè)定范圍時(shí)，該單元產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，通知CPU采取相關(guān)處理措施，否則，在FIFO滿的時(shí)候，將其內(nèi)容清空。

　　結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)測(cè)試，本設(shè)計(jì)可以不間斷無(wú)數(shù)據(jù)丟失的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，CPU可以主動(dòng)的讀取數(shù)據(jù)，也可以在數(shù)據(jù)處理單元檢測(cè)到外部異常信號(hào)時(shí)被動(dòng)的獲取數(shù)據(jù)，并且CPU讀取數(shù)據(jù)的操作極其簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)只占用很少的CPU資源，在此，謹(jǐn)希望本文能在如何設(shè)計(jì)NIOS系統(tǒng)外設(shè)方面給讀者以參考借鑒。