FPGA采集AD7606全网最细讲解 提供串行和并行2套工程源码和技术支持

1、前言

AD7606是一款非常受欢迎的AD芯片，因为他支持8通道同时采集数据，采样深度16位，已经很不错了，虽然采样率只有200 kSPS，但对电压等低速数据源的采集而言已经完全足够了，该芯片在电压检测等项目中有着广泛应用。
本文详细描述了设计方案，工程代码编译通过后上板调试验证，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于AD数据采集领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

2、AD7606数据手册解读

AD7606英文原版数据手册只有37页，但真正看懂的兄弟却很少，下面解读一下这个手册：
DAQ7606 是 16 位 8 通道同步采样模数数据采集系统(DAS)。
AD7606 内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16 位电荷再分配逐次逼近型 ADC、灵活的数字滤波器、2.5V 基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。AD7606 采用 5V 单电源供电，可以处理±10V 和±5V 真双极性输入信号，同时所有通道均能以高达 200 kSPS 的吞吐速率采样。输入箝位保护电路可以耐受最高达±16.5V 的电压。无论以何种采样频率工作，AD7606 的模拟输入阻抗均为 1 MΩ。它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源。AD7606 抗混叠滤波器的 3 dB 截止频率为 22 kHz；当采样速率为 200 ksps 时，它具有 40 dB 抗混叠抑制特性。灵活的数字滤波器采用引脚驱动，可以改善信噪比(SNR)，并降低 3 dB 带宽。
写了这么多你看懂了吗？
我猜你应该是云里雾里，下面举例说人话，让你听得懂：
AD7606芯片框图如下：

红线即是信号输出输出的数据通路；

输入信号采集范围

AD7606可以处理±10V 和±5V 真双极性输入信号，即输入信号可以是±10V 和±5V，由RANGE引脚上下拉决定；
下拉处理±5V 信号；
上拉处理±10V 信号；
一旦选择了输入信号范围，就别乱给信号源了，否则烧板子了。。。
原文如下：

输出模式选择

红线以通道1为例：
输入数据位单端模拟数据，进过复杂的转换后可输出串行数字信号或者并行数据信号；
如果你的板子设计引脚资源有限，则选择串行输出；串行输出的优点是节约IO，缺点是采集时序复杂些；
如果你的板子设计引脚足够多，则选择并行输出，并行输出数据线占用16个IO口，并行输出的优点是采集时序简单，缺点是费IO；可自行选择；
输出模式选择通过PAR/SER/BYTE SEL引脚的上下拉决定；
上拉选择串行输出；
下拉选择并行输出；
具体的时序细节放在后面的章节；
原文如下：

过采样率设置

过采样率设置由OS的三个引脚上下拉决定，可以固定用电阻上下拉，这种模式就定死了，除非飞线，也可以用FPGA引脚给高低电平配置，具体配置模式如下图：

作为FPGA开发者，需要知道这些就行了，具体的时序细节放在后面的章节；

3、AD7606串行输出采集

AD7606串行采集时钟的范围要求如下：

这里我们选择16.666MHz时钟，不高也不低；
系统参考时钟选择100M，那个1个时钟周期就是1000÷100=10ns；
采集时钟是16.666M，那个1个时钟周期就是1000÷16.666=60ns；
记住这两个时钟周期，很重要；
串行输出流程时序图如下：

这张图采用边转换边读取的方式，还有转换完成后再读取的方式，既然可以边转换边读取，为何还要等转换完成后再读取呢？所以我们直接用这种方式。
并行采集使用的则是转换完成后再读取的方式。
第一步：拉高RESET引脚至少至少50ns，数据手册规定如下：

第二步：拉低CONVSTA或者CONVSTB持续最多0.5ms(500ns)，注意这里是最多，所以在代码里只需一个参考时钟周期足以，比如你用的100M，一个参考时钟周期就是10ns，当然，CONVSTA和CONVSTB也可同时拉低，这样就是8个通道同时采集，时间由数据手册得知，如下：

CONVSTA开启V1-V4通道的转换；
CONVSTB开启V5-V8通道的转换；
原文如下：

第三步：等待BUSY为高后，拉低CS，这个BUSY是AD7606输出给用户的，表征AD转换正在进行，他有一个最大时间，我们一定要满足他的最大时间，不然人家还没转换完你就结束采集了，岂不唧唧了；那么，CS在什么时刻拉低呢？既然前面我们已经选择了边转换边读取的方式，所以在BUSY拉高的期间CS拉低，数据手册最大推荐4.15us，代码里直接设置5ms，由数据手册得知，如下：

流程看完了，来看具体的采集时序：

采集时序如下：
首先用户拉低CS，并给出SCLK到AD7606，AD7606在CS为低期间，在SCLK的上升沿输出数据（但根据时序图，我感觉是SCLK高电平期间输出的），一个通道一次转换后输出16位采样数据；
既然AD7606是在SCLK上升沿输出，那么FPGA就应该在SCLK下降沿采集（或者低电平采集）；
AD7606有8个模拟输入通道，串行输出模式下只有两个数字输出通道，每个输入通道输出16位采样数据；
DOUTA对应CH1、CH2、CH3、CH4四个输出通道；
DOUTB对应CH5、CH6、CH7、CH8四个输出通道；
因为每个输入通道输出16位采样数据，需要16个SCLK周期，所以4个输入通道输出16位采样数据，需要64个SCLK周期；那个我们需要一个计数器，计数到64时输出64位的采集数据，呢么采集到的每个通道数据对应如下：
wire [15:0] ad_ch1 = ad_out_a[63:48];
wire [15:0] ad_ch2 = ad_out_a[47:32];
wire [15:0] ad_ch3 = ad_out_a[31:16];
wire [15:0] ad_ch4 = ad_out_a[15: 0];
wire [15:0] ad_ch5 = ad_out_b[63:48];
wire [15:0] ad_ch6 = ad_out_b[47:32];
wire [15:0] ad_ch7 = ad_out_b[31:16];
wire [15:0] ad_ch8 = ad_out_b[15: 0];
转换状态机部分源码如下：

always @(posedge i_sys_clk) beginif(o_ad_rst||!i_rstn) beginad_convst <= 1'b1;     AD_S <= 2'd0; endelse begincase(AD_S)  2'd0: beginif(p_ad_sclk) begin						//开启8通道转换    ad_convst <= 1'b0;AD_S <= 2'd1;endend           2'd1: beginif(p_ad_sclk)begin    					//转换时间最大500ns,这里60ns即可ad_convst <= 1'b1; AD_S <= 2'd2;endend 2'd2: beginif(p_ad_sclk&&i_ad_busy) AD_S <= 2'd3; //BUSY拉高,进入采集数据状态  end2'd3: beginif(cycle_end) AD_S <= 2'd0; 			//转换结束,重新采集   enddefault: ;endcase    end             
end

串行采集代码顶层接口代码如下：

module helai_ad7606_ser#(parameter	SYS_CLK = 100_000_000,	//系统时钟parameter	SPI_CLK = 16_666_666	//AD采集时钟 
)
(input          i_sys_clk   ,	//系统时钟            input          i_rstn      ,	//系统复位,低有效input          i_ad_cha    ,	//AD7606串行输出通道Ainput          i_ad_chb    ,	//AD7606串行输出通道B	input          i_ad_busy   ,	//输入BUSYoutput [2:0]   o_ad_os     ,	//输出采样率配置output    	   o_ad_cs     ,	//输出片选output reg     o_ad_sclk   ,	//输出采样时钟output         o_ad_rst    ,	//输出复位output    	   o_ad_convsta,	//输出开启V1-V4通道采集output    	   o_ad_convstb,	//输出开启V5-V8通道采集output         o_ad_range  ,	//输入信号范围配置output [15:0]  o_ad_ch1    ,	//输出通道1output [15:0]  o_ad_ch2    ,	//输出通道2output [15:0]  o_ad_ch3    ,	//输出通道3output [15:0]  o_ad_ch4    ,	//输出通道4output [15:0]  o_ad_ch5    ,	//输出通道5output [15:0]  o_ad_ch6    ,	//输出通道6output [15:0]  o_ad_ch7    ,	//输出通道7output [15:0]  o_ad_ch8    ,	//输出通道8output 		   o_ad_rxdone 		//输出数据有效信号，高有效);

4、AD7606并行输出采集

并行采集时序，由于官方画的图太繁琐，我直接重画了一个图来表示，如下：

第一步：拉高RESET引脚至少至少50ns，和串行采集一样；
第二步：拉低CONVSTA或者CONVSTB持续最多0.5ms(500ns)，和串行采集一样；
第三步：等待转换完成再读取数据，即采用转换完成后再读取的方式；
第四步：拉低CS片选信号；
第五步：拉低RD信号，在RD和CS同时为低时即可依次读取V1-V8通道的数据；
相应的时间问题也是重要的，具体查看手册；
并行采集代码顶层接口代码如下：

module helai_ad7606_par(input                        clk          ,	//系统时钟,100M	input                        rst_n        ,	//系统复位,低有效input [15:0]                 ad_data      ,	//输入并行数据input                        ad_busy      ,	//输入BUSYinput                        first_data   ,	//未用到此信号output [2:0]                 ad_os        ,	//输出采样率配置output reg                   ad_cs        ,	//输出片选output reg                   ad_rd        ,	//输出读数据output reg                   ad_reset     ,	//输出复位output reg                   ad_convstab  ,	//输出开启V1-V8通道采集output                       ad_data_valid,	//输出数据有效信号，高有效output reg [15:0]            ad_ch1       ,	//输出通道1output reg [15:0]            ad_ch2       ,	//输出通道2output reg [15:0]            ad_ch3       ,	//输出通道3output reg [15:0]            ad_ch4       ,	//输出通道4output reg [15:0]            ad_ch5       ,	//输出通道5output reg [15:0]            ad_ch6       ,	//输出通道6output reg [15:0]            ad_ch7       ,	//输出通道7output reg [15:0]            ad_ch8       	//输出通道8
);

5、vivado仿真

仅提供了串行采集的仿真，文件如下；

vivado仿真如下：

6、上板调试验证

请参考我之前写的基于zynq7100使用AD7606进行电压监测的文章点击查看：AD7606工程

7、福利：工程代码的获取

福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：