前言
这段时间做设计总是遇到一些传感器模块输出模拟电压，采集模拟电压进而了解传感器输出的浓度占比，在淘宝上找到了一个4通道的ADC采集模块，用这个来获取不同传感器的模拟电压输出正好，其实物如图所示：
该模块具有ADC采样以及DAC输出的功能，其中4路为ADC采样输入AIN0-4，一路DAC输出AOUT。
与FPGA相连接的端口为VCC、GND、SCL、SDA，主要就是通信协议的实现，实现之前需要阅读芯片手册，获取一下有用的关键信息，通信速率，从机设备地址、控制指令信息等等
产品参数：
使用注意事项：
供电：5V，你的adc输入范围就是0-5V，如果用3.3V供电，你的输入范围就是0-3.3V。不同的供电可能效果不同，我目前遇到过好多供电问题，然后换一种供电就工作正常，所以大家遇到问题时要不断排除问题。
跳帽：你如果需要用adc通道采集外部的模拟电压，你就需要对应通道的跳帽拔下来。否则数据一直是模块本身自带的数据。
一、芯片手册阅读
1.设备地址
结合两个图，发现还有A0-A2三个未知的比特，通过查看模块原理图，发现这三个引脚接地。所以设备地址确定为：0x1001000
写数据就是0x90 读数据就是0x91
2.字节地址
一堆英文不想看，看图就行了，如下图所示，每个比特干啥的都说的比较清楚。
从低位这边看，[0:1]是负责说明对哪个通道进行操作的，前面也提到了总共4个通道。
然后[2]这个比特默认为1
然后[3]默认为0
然后[4:5]说明这四个通道的输入模式，有差分输入啥的，不选择，我只需要最普通的那种输入即可，所以默认00
然后[6]在ADC时为0，在DAC时为1
然后最高位默认为0
比如现在要对通道1进行ADC采样转化的功能实现，就要发送0x00000000
比如现在要对通道2进行ADC采样转化的功能实现，就要发送0x00000001
比如现在要对通道3进行ADC采样转化的功能实现，就要发送0x00000010
比如现在要对通道4进行ADC采样转化的功能实现，就要发送0x00000011
比如现在要对通道1进行DAC采样转化的功能实现，就要发送0x01000000
3.IIC通信协议
了解一下基本的信息，对后面实现通信流程有所参考。
如果发送完设备地址了，后面采样转化可以进行连续操作。
数字量跟模拟量的关系
完整的通信流程应该就是如下图所示。
二、仿真分析
仿真测试文件忘了放哪里了。就是简单的iic驱动，设备地址，字节地址，读取数据的命令都知道了，就是按照时序进行发送就可以了。
三、代码分析
`timescale 1ns/1ns
// Author : EmbedFire
// Create Date : 2019/04/01
// Module Name : pcf8591_adda
// Project Name : ad
// Target Devices: Altera EP4CE10F17C8N
// Tool Versions : Quartus 13.0
// Description : AD电压测量模块
//
// Revision : V1.0
// Additional Comments:
//
module pcf8591_ad
(
input wire sys_clk , //输入系统时钟,50MHz
input wire sys_rst_n , //输入复位信号,低电平有效
input wire i2c_end , //i2c设备一次读/写操作完成
input wire [7:0] rd_data , //输出i2c设备读取数据
output reg rd_en , //输入i2c设备读使能信号
output reg i2c_start , //输入i2c设备触发信号
output reg [15:0] byte_addr , //输入i2c设备字节地址
output wire [15:0] adc_data1 , //adc1数据
output wire [15:0] adc_data2 //adc2数据
);
//************************************************************************//
//******************** Parameter and Internal Signal *********************//
//************************************************************************//
//parameter define
parameter CTRL_DATA1 = 8'b0100_0001; //AD/DA控制字
parameter CTRL_DATA2 = 8'b0100_0010; //AD/DA控制字
parameter CNT_WAIT_MAX= 18'd6_9999 ; //采样间隔计数最大值
parameter IDLE = 3'b001,
AD_START1 = 3'b010,
AD_CMD1 = 3'b100,
WAIT = 3'b101,
AD_START2 = 3'b110,
AD_CMD2 = 3'b111;
//wire define
wire [31:0] data_reg1/* synthesis keep */; //数码管待显示数据缓存
wire [31:0] data_reg2/* synthesis keep */; //数码管待显示数据缓存
//reg define
reg [17:0] cnt_wait; //采样间隔计数器
reg [4:0] state ; //状态机状态变量
reg [7:0] ad_data1 ; //AD数据
reg [7:0] ad_data2 ; //AD数据
wire [23:0] data_temp;
wire [23:0] data_temp1;
wire [23:0] data_temp2;
wire [23:0] data_temp3;
wire [23:0] po_data1 ;
wire [23:0] po_data2 ;
//********************************************************************//
//***************************** Main Code ****************************//
//********************************************************************//
//cnt_wait:采样间隔计数器
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_wait <= 18'd0;
else if(state == IDLE || state == WAIT )
if(cnt_wait == CNT_WAIT_MAX)
cnt_wait <= 18'd0;
else
cnt_wait <= cnt_wait + 18'd1;
else
cnt_wait <= 18'd0;
//state:状态机状态变量
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)begin
state <= IDLE;
byte_addr <= 16'b0;
end
else
case(state)
IDLE:begin
byte_addr <= 16'b0;
if(cnt_wait == CNT_WAIT_MAX)
state <= AD_START1;
else
state <= IDLE;
end
AD_START1:begin
state <= AD_CMD1;
byte_addr <= CTRL_DATA1;
end
AD_CMD1:
if(i2c_end == 1'b1)
state <= WAIT;
else
state <= AD_CMD1;
WAIT:begin
if(cnt_wait == CNT_WAIT_MAX)begin
state <= AD_START2;
end
else
state <= WAIT;
end
AD_START2:begin
state <= AD_CMD2;
byte_addr <= CTRL_DATA2;
end
AD_CMD2:begin
if(i2c_end == 1'b1)
state <= IDLE;
else
state <= AD_CMD2;
end
default:state <= IDLE;
endcase
//i2c_start:输入i2c设备触发信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
i2c_start <= 1'b0;
else if(state == AD_START1 || state == AD_START2)
i2c_start <= 1'b1;
else
i2c_start <= 1'b0;
//rd_en:输入i2c设备读使能信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
rd_en <= 1'b0;
else if(state == AD_CMD1 || state == AD_CMD2)
rd_en <= 1'b1;
else
rd_en <= 1'b0;
byte_addr:输入i2c设备字节地址
//always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
// if(sys_rst_n == 1'b0)
// byte_addr <= 16'b0;
// else
// byte_addr <= CTRL_DATA;
//ad_data:AD数据
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
ad_data1 <= 8'b0;
else if((state == AD_CMD1) && (i2c_end == 1'b1)) //(state == AD_CMD) && (i2c_end == 1'b1))
ad_data1 <= rd_data;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
ad_data2 <= 8'b0;
else if((state == AD_CMD2) && (i2c_end == 1'b1)) //(state == AD_CMD) && (i2c_end == 1'b1))
ad_data2 <= rd_data;
//MQ-2:ppm = pow(11.5428 * 35.904 * Vrl/(25.5-5.1* Vrl),（1/0.6549）);
//（1/0.6549）=1.53
// 11.5428 * 35.904 * Vrl/(25.5-5.1* Vrl)=(414*vrl)/(25.5-5.1* Vrl)
//
//data_reg:数码管待显示数据缓存
assign data_reg1 = ((ad_data1 * 3300) >> 4'd8);
assign data_reg2 = ((ad_data2 * 3300) >> 4'd8);
assign data_temp= (414*data_reg1);
assign data_temp1= 25500-(5*data_reg1);
assign data_temp2= (414*data_reg2);
assign data_temp3= 25500-(5*data_reg2);
//po_data:数码管待显示数据
assign po_data1 = data_temp2/data_temp3;
//转换后的烟雾浓度0-150
assign po_data2 = data_temp/data_temp1;
assign adc_data1 = po_data1[15:0];
assign adc_data2 = po_data2[15:0];
endmodule
我这是采集两个通道的adc，对控制字节进行了切换，使用状态机。
逻辑分析仪读取的正常时序。
该说不说Quartus的逻辑分析仪使用感差于vivado。代码两个平台是通用的
总结
视频演示
FPGA环境监测火灾监测家居监测（温湿度模块、烟雾模块、PM2.5模块等等）蓝牙通信