【正文】 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 參考文獻(xiàn) [1] 王天明 ． 多通道通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [M]． 碩士學(xué)位論文 ． 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)， 20xx． [2] Min Li， Yulin Li． A Fiber optic Temperaturre Sensor based on Interaction of Temperaturedepengdant Refractive Index and Absorption of Germanium Film[J]． 20xx. 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[15] 何賓 ． EDA 原理及 Verilog 實(shí)現(xiàn) [M]． 北京：清華大學(xué)出版社 ．武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 。我覺得自己最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是很少和人交流，不懂的地方喜歡自己慢慢弄，這樣很是影響做事效率，雖然經(jīng)歷過挫折，最后還是把畢業(yè)設(shè)計(jì)給弄完了。在讀 DATASHEET 這個(gè)方面我有了很大的進(jìn)步，因?yàn)槿绻蛔x懂，器件的操作是完全不知道的，我費(fèi)了很大的力氣。而且以前學(xué)習(xí)過 VHDL 語言，對(duì)于學(xué)習(xí) Veilog 語言也是一個(gè)基礎(chǔ)，使我容易上手，然后就是理解中語言的設(shè)計(jì)思路，在 Veilog 語言中他有的是硬件連接， 可以用時(shí)鐘信號(hào)來處理很多問題，不像 C 語言那樣可以直接給出串行數(shù)據(jù)，在這我們只有根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)一個(gè)一個(gè)數(shù)據(jù)的來處理我們想要發(fā)送的信號(hào)。 首先，對(duì)于光電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)我有了個(gè)比較大概的了解，知道國內(nèi)階段可能的狀況，可能也許是通過網(wǎng)絡(luò)文章的問題可能與實(shí)際情況有一定的差距，國外在光電采集器方面比國內(nèi)要先進(jìn)但是價(jià)格是比較昂貴的，然后就是國內(nèi)的光電采集器價(jià) 格比較便宜但是在精度方面有所欠缺，所以我們需要通過設(shè)計(jì)一些方案來改變現(xiàn)狀，找準(zhǔn) FPGA 的高速和集成性高來進(jìn)行光電數(shù)據(jù)采集和處理。在軟件實(shí)施方面它相對(duì)于 ARM 和單片機(jī)都難一點(diǎn)，但是他在時(shí)間的控制方面精確多了。希望有人接著我的后續(xù)工作，把這個(gè)實(shí)驗(yàn)做出來。但是由于低電平這是持續(xù)一個(gè) byte，之后 fpga 就開始了結(jié)束信號(hào)，變成了高電平。但是由于低電平這是持續(xù)一個(gè) byte，之后 fpga 就開始了結(jié)束信號(hào)，變成了高電平。 I2C 協(xié)議的仿真圖： 圖 51 I2C 協(xié)議的仿真圖 由圖中的的 SCL 信號(hào)和 SDA 信號(hào)我們可 以知道 SCL 信號(hào)是由時(shí)鐘信號(hào)直接分頻而來的，而 SDA 信號(hào)則因?yàn)闆]有地址信號(hào)而沒有輸出只有高電平。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 5 總結(jié) 這次設(shè)計(jì)的主要目的是通過 FPGA 來實(shí)現(xiàn)光纖溫度傳感測(cè)試出某一點(diǎn)的溫度，但是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中焊接了電路板，寫出了驅(qū)動(dòng)的程序，但是沒有把實(shí)驗(yàn)板調(diào)試成功。 首先我們給出一個(gè) FPGA 的一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊然后再給出整個(gè)調(diào)用這個(gè)模塊，在驅(qū)動(dòng)LCD 時(shí)候是這樣定義接口的： module lcd1602_drive( input clk, // 50MHz 時(shí)鐘 input rst_n, // 復(fù)位信號(hào) // LCD1602 Input Value input [127:0] row1_val, // 第一行字符 input [127:0] row2_val, // 第二行字符 // LCD1602 Interface output reg [ 7:0] lcd_data, // 數(shù)據(jù)總線 output lcd_e, // 使能信號(hào) output reg lcd_rs, // 指令、數(shù)據(jù)選擇 output lcd_rw // 讀、寫選擇 )。 在知道 LCD1602 的引腳圖和內(nèi)部指令操作之后，我們就可以知道用 Verilog 編寫程序需要的時(shí)序圖如下： 圖 45 LCD 驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖 在數(shù)據(jù)顯示過程中，首先得從 FPGA 得到我們想要的溫度數(shù)據(jù)，然后再利用 FPGA對(duì) 1602 進(jìn)行時(shí)鐘上的操作使 LCD 能夠顯示想要的數(shù)據(jù)。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10 的點(diǎn)陣字符。 指令 4：顯示開關(guān)控制 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍 ，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 在了解引腳圖之后再看看 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如下 表所示： 表 44： LCD1602 指令說明 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù) 內(nèi)容 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。 第 15 腳：背光源正極。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 LCD 引腳圖： 圖 44 LCD1602 引腳圖 引腳接口說明表： 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下 表所示 ： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 表 43： LCD 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS 為地電源。 通過以上 9 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送就可以得到我們想要的數(shù)據(jù)的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信號(hào)的采集。 第二個(gè)字節(jié)：就是接收轉(zhuǎn)換寄存器中的 MSB 的相應(yīng)。 第二個(gè)字節(jié)： 0b0000000（指向轉(zhuǎn)換寄存器）。 在此需要把配置 ADS1115 轉(zhuǎn)化為進(jìn)行轉(zhuǎn)化狀態(tài)，然后就給指針寄存器寫入這樣的指令。 第三個(gè)字節(jié)： 0b10000100（配置寄存器 MSB 標(biāo)記為寫）。 因此首先得給配置寄存器寫入一些 ADS1115 需要工作的配置，在此需要發(fā)送四個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)： 第一個(gè)字節(jié)： 0b10010000（前七位 I2C 地址后接以一寫位）。他是一個(gè)四選一輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 ADS1115 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 在仿真中之前首先得對(duì) ADS1115 引腳圖以及作用，然后想想 I2C 通信怎么來實(shí)現(xiàn)ADS1115 的驅(qū)動(dòng)。然后把高八位和低八位的數(shù)字信號(hào)傳給 DAC8571，在低八位數(shù)據(jù)的最后一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸完成后有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換就完成了，在更新數(shù)字輸入時(shí)，重復(fù)的輸入高八位和低八位數(shù)列，在每次輸完之后都期待一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，在幾組數(shù)據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換完成之后，主機(jī)就可以停止和 DAC8571 的通信，而 DAC8571 仍然能夠保持我們輸入的數(shù)字信號(hào)，所以就能夠達(dá)到穩(wěn)定 LD 光源的作用[14]。這個(gè)信號(hào)只能夠有主機(jī)產(chǎn)生。 接下來我們討論下主機(jī)如何給從機(jī)一定的信號(hào)。至此我們的 I2C 協(xié)議就是個(gè)只有 SCL 時(shí)鐘線和 SDA 數(shù)據(jù)線的黑箱盒 [1415]。 end else cstate = STOP1。b1。 cstate = STOP1。 sda_r = 139。 4)然后就是結(jié)束信號(hào)： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 STOP1: begin if(`SCL_LOW) begin sda_link = 139。 // 1 地址 end else cstate = ACK1。應(yīng)答信號(hào)的實(shí)現(xiàn)： ACK1: begin if(/*!sda*/`SCL_NEG) begin cstate = ADD2。 //器件地址左移 1bit else cstate = ADD1。 //送器件地址，從高位開始 end end // else if(`SCL_POS) db_r = {db_r[6:0],139。 endcase // sda_r = db_r[439。d7: sda_r = db_r[0]。d6: sda_r = db_r[1]。d5: sda_r = db_r[2]。d4: sda_r = db_r[3]。d3: sda_r = db_r[4]。d2: sda_r = db_r[5]。d1: sda_r = db_r[6]。d0: sda_r = db_r[7]。b1。 end else begin cstate = ADD1。b0。b1。d0。 一個(gè) Byte 字節(jié)數(shù)據(jù)的 傳輸方式： ADD1: begin 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 if(`SCL_LOW) begin if(num == 439。 //num計(jì)數(shù)清零 end else cstate = START1。 num = 439。b0。b1。在我們使用的 I2C 協(xié)議來驅(qū)動(dòng) ADS1115 和 DAC8571 時(shí)由于他們的狀態(tài)機(jī)都不止一個(gè)，我們就必須設(shè)計(jì)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)機(jī)。b1。d0。 else if(t_delay == 939。 //時(shí)鐘脈沖寄存器 always (posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) t_delay = 939。 實(shí)現(xiàn)： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 reg[8:0] t_delay。最后是用 FPGA 來驅(qū)動(dòng)這三個(gè)芯片（ DAC8571， ADS1115， LCD1602）完成光電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集和處理。 I2C 協(xié)議設(shè)計(jì) 由于上面介紹的 I2C 協(xié)議我們可以看到， I2C 協(xié)議包括起始，讀，寫，應(yīng)答，停止五個(gè)狀態(tài)，在這五個(gè)狀態(tài)中首先確定 SCL 時(shí)鐘信號(hào)，然后再根據(jù) SDA_link 信號(hào)來控制