关键词:XADC,PYNQ Z2, XADC IP核, PL
说明 : 不涉及xadc开发板,PCB设计,可以跳过前面看后面,不正确的地方可以交流沟通,待完善

一. 对于xadc基本了解

1. 基本属性

参考手册 : ug480

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Fig : XADC BLOCK DIAGRAM:

从XADC block diagram中可以看出7系含有两个内部ad, ADCA,ADCB
同时可以支持16组外部差分通道,但是VP_0,VN_0为特殊的差分通道,其余的则是可以支持单端或者差分模式
两个ADC均为12bit,1MSPS, 实际数据有16bit, 由于LSB 4 bit由于精度太高,导致波动较大,因此可以取MSB12 bit作为需要的数据
ADCA不仅可以采集外部通道, 同时也可以采集板载内部通道如温度,各种内部电压,temperature sensor and supply sensor
ADCB只可以采集外部通道,同时在使用过程中可以只使用ADCA,而不使用ADCB,可以将其配置为掉电模式,从而节省功耗开销
在使用xadc外部通道的时候只需要将对应的差分引脚引出,设置为input, io std设置为bank电压,通常为LVCOM33
手册上已经说明了VREF为1.25V,实际的话….可以测一测

虽然外部通道为在xadc被设置为差分通道,但是可以使用为单端通道,具体可以根据自己开发板查看, 在ug480中对此有说明

Fig2: 差分与单端

2. XADC数据读取方式

在使用xadc的时候可以使用DRP / JTAG模式, DRP需要我们进行编写,可以使用xadc ip核,另外可以使用JATG直接读取
DRP在下面展开,此处简短说明JTAG,当使用xilinx开发工具连接7系开发板会出现XADC,我们打开后点击+,可以直接读取且尽可读取temperature sensor以及supply sensor的值,无法读取外部通道数据,这被称为缺省模式
Fig : JATG读取数据示例

3. 采样时序

XADC采样模式有连续采样, 事件采样
连续采样就一直采集,配置的通道数循环采集
事件采样则是自己给采样的触发信号

4. XADC端口

Fig : XADC 端口

Fig : XADC寄存器

Fig: 外部通道地址

细节在手册46页
XADC内部的寄存器有众多,可以通过DRP接口进行读写,部分寄存器为只读模式

端口说明

DRP_DO : XADC的输出, 为采集到的值
DRP_DI : XADC的输入, 对于可写寄存器写入的值
DRP_DADDR : XADC的输入, 指向寄存器的地址,当我们只需要采集不需要配置的时候, 比如获取只读寄存器的值,我们只需要向DADDR传入寄存器地址, DRP_IO则不需要处理, 对于需要配置寄存情况,在传输地址的同时传输数据
DRP_DEN : DRP整个接口的开始信号
DRP_DWE : DRP接口写入使能
DRP_DCLK : 时钟信号
DRP_DRDY : XADC有好几个内部完成信号,可以查看手册进行区别,这里这个信号我在使用的时候,此信号被拉高,就可以直接读取数据了

control and clock :
包含复位信号,
CONVST用于采样模式为事件采样的开始信号

External Analogy inputs : 外部通道需要我们在模块里面设计成输入信号,连接外部引脚

Alarms : 使用IP核或者直接向寄存器进行配置,设置不同的报警信号,主要是针对于temperature sensor and supply sensor这几个信号进行阈值设计,超出阈值后,会将信号拉高,从而达到报警目的
Alarms是一个8bit的数据,每个bit所代表的报警通道不一样

Status : XADC的输出信号, 我们可以用来作为标志位,我挑选两个重要的描述
EOC : end of conversion,单个通道数据转换完成信号,转换完成拉高,表示采集ok了
End of conversion signal. This signal transitions to active-High at the end of an ADC conversion when the measurement is written to the status registers
EOS : 当我们多个通道连续采样模式的时候,轮巡完一遍的末尾会将次信号拉高
End of sequence. This signal transitions to active-High when the measurement data from the last channel in an automatic channel sequence is written to the status registers.
BUSY : 在很多protocol里面会出现,此信号表示器件处于非空闲状态,我们的读写最好不要在器件忙碌期间进行操作

4.操作时序

Fig : DRP Timing

我对这部分理解不是很深我选择连续采样,但是使用DRP timing, 我大概是用错的,但是理论上也没关系,因为都是DRP接口
我使用的是DRP timing,在Busy信号空闲时间输入通道的时候向ADDR传入我要采集的寄存器地址,他给我返回数据
既然他设计了DRP端口,那就应该可以在空闲的时候进行寄存器地址传输,或者自己设计一些列表数据向里面传输,那是不是和多通道一样呢,TODO
有对这部分有理解的大佬可以留言交流探讨

二. 开始使用

使用XADC IP核

Fig : BASIC

接口选择

接口可以选择AXI lite 或者DRP, None没咋看
axi lite接口一般是使用ps读取xadc的时候使用,将数据给ps处理
在PL端处理就选择DRP接口

时序模式

根据需求选择连续模式或者自己设置触发信号

startup channel select

一般选择single channel 或者 channel sequencer

DRP Timing Options

根据自己需要的采样率去进行时钟频率配置
Acquisition time : 需要几个clk能完成数据转换

axi stream

将采集数据使用axi stream给ps用的

control port

可以选择复位选项

analogy sim file option

系统自带的用于仿真的用的,可以不予处理

Fig : ADC_Setup

sequencer mode没看
channel avg : 可以进行选择16,64,256个数据进行取平均,在xadc内部进行,一般我们读取出来以后自己进行滤波

ADC / Supply Sensor Calibration

可以对adc和供电进行矫正

外部通道多路复用选择器

应该是值第一个指向那个通道,我选择了VAUXP1 VAUXN1, 指向外部通道1
同时我将ADCB掉电了,不使用ADCB

Alarm

我没有使用任何报警信号,自己可以配置,设置阈值

Single channel

我选择的是单通道采集
如果不是单通道采集,而是多通道的会出现如下图

最后就配置完成了
赋值voe模板如下

xadc_wiz_0 your_instance_name (
  .di_in(di_in),              // input wire [15 : 0] di_in
  .daddr_in(daddr_in),        // input wire [6 : 0] daddr_in
  .den_in(den_in),            // input wire den_in
  .dwe_in(dwe_in),            // input wire dwe_in
  .drdy_out(drdy_out),        // output wire drdy_out
  .do_out(do_out),            // output wire [15 : 0] do_out
  .dclk_in(dclk_in),          // input wire dclk_in
  .reset_in(reset_in),        // input wire reset_in
  .vp_in(vp_in),              // input wire vp_in
  .vn_in(vn_in),              // input wire vn_in
  .vauxp1(vauxp1),            // input wire vauxp1
  .vauxn1(vauxn1),            // input wire vauxn1
  .channel_out(channel_out),  // output wire [4 : 0] channel_out
  .eoc_out(eoc_out),          // output wire eoc_out
  .alarm_out(alarm_out),      // output wire alarm_out
  .eos_out(eos_out),          // output wire eos_out
  .busy_out(busy_out)        // output wire busy_out
);

根据自己需求进行信号选取
我设计的是, 同时需要一个pll IP核得到30MHz信号

// port for xadc
xadc_wiz_0 xadc_inst (
	.di_in		(xadc_din	),	// input wire [15 : 0] di_in
	.daddr_in	(addr		),	// input wire [6 : 0] daddr_in
	.den_in		(xadc_en	),	// input wire den_in
	.dwe_in		(xadc_wen	),	// input wire dwe_in
	.drdy_out	(xadc_drdy	),	// output wire drdy_out
	.do_out		(xadc_dout	),	// output wire [15 : 0] do_out
	
	.dclk_in	(clk_30mhz	),	// input wire dclk_in
	.reset_in	(rst_p		),	// input wire reset_in
	
	.vp_in		(		),	// input wire vp_in
	.vn_in		(		),	// input wire vn_in
	.vauxp1		(ch1_p		),	// input wire vauxp1
	.vauxn1		(ch1_n		),	// input wire vauxn1
	
	.channel_out(			),  // output wire [4 : 0] channel_out
	.eoc_out	(xadc_eoc	),	// output wire eoc_out
	.alarm_out	(		),	// output wire alarm_out
	.eos_out	(		),	// output wire eos_out
	.busy_out	(xadc_busy	)	// output wire busy_out
);

模块输入输出端口信号为

module top(
	input	wire		clk_125mhz			,
	input	wire		rst_p				,
	
	input	wire		ch1_p				,
	input	wire		ch1_n				,
	input	wire		key					,
	output	wire		led					
);

将ch1_p, ch1_n进行管脚约束即可,io std 选择的是LVCOM33, vivado最后会识别出这个管脚是analogy pin.

三. ILA 数据抓取

将通道1接GND

将通道1接3.3V

数据是原始数据,未进行任何处理,同时这个值与开发板原理图有关所以GND不为0

code : https://github.com/tiruoQing/fpgas/blob/main/xadc/single_channel