前言

這段時間做設計總是遇到一些傳感器模塊輸出模擬電壓，采集模擬電壓進而了解傳感器輸出的濃度占比，在淘寶上找到了一個4通道的ADC采集模塊，用這個來獲取不同傳感器的模擬電壓輸出正好，其實物如圖所示：
該模塊具有ADC采樣以及DAC輸出的功能，其中4路為ADC采樣輸入AIN0-4，一路DAC輸出AOUT。
與FPGA相連接的端口為VCC、GND、SCL、SDA，主要就是通信協議的實現，實現之前需要閱讀芯片手冊，獲取一下有用的關鍵信息，通信速率，從機設備地址、控制指令信息等等
產品參數：

使用注意事項：
供電：5V，你的adc輸入范圍就是0-5V，如果用3.3V供電，你的輸入范圍就是0-3.3V。不同的供電可能效果不同，我目前遇到過好多供電問題，然后換一種供電就工作正常，所以大家遇到問題時要不斷排除問題。
跳帽：你如果需要用adc通道采集外部的模擬電壓，你就需要對應通道的跳帽拔下來。否則數據一直是模塊本身自帶的數據。

一、芯片手冊閱讀

1.設備地址

結合兩個圖，發現還有A0-A2三個未知的比特，通過查看模塊原理圖，發現這三個引腳接地。所以設備地址確定為：0x1001000
寫數據就是0x90 讀數據就是0x91

2.字節地址

一堆英文不想看，看圖就行了，如下圖所示，每個比特干啥的都說的比較清楚。
從低位這邊看，[0:1]是負責說明對哪個通道進行操作的，前面也提到了總共4個通道。
然后[2]這個比特默認為1
然后[3]默認為0
然后[4:5]說明這四個通道的輸入模式，有差分輸入啥的，不選擇，我只需要最普通的那種輸入即可，所以默認00
然后[6]在ADC時為0，在DAC時為1
然后最高位默認為0

比如現在要對通道1進行ADC采樣轉化的功能實現，就要發送0x00000000
比如現在要對通道2進行ADC采樣轉化的功能實現，就要發送0x00000001
比如現在要對通道3進行ADC采樣轉化的功能實現，就要發送0x00000010
比如現在要對通道4進行ADC采樣轉化的功能實現，就要發送0x00000011

比如現在要對通道1進行DAC采樣轉化的功能實現，就要發送0x01000000

3.IIC通信協議

了解一下基本的信息，對后面實現通信流程有所參考。

如果發送完設備地址了，后面采樣轉化可以進行連續操作。

數字量跟模擬量的關系

完整的通信流程應該就是如下圖所示。

二、仿真分析

仿真測試文件忘了放哪里了。就是簡單的iic驅動，設備地址，字節地址，讀取數據的命令都知道了，就是按照時序進行發送就可以了。

三、代碼分析

`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電壓測量模塊
// 
// Revision      : V1.0
// Additional Comments:
// module  pcf8591_ad
(input   wire            sys_clk     ,   //輸入系統時鐘,50MHzinput   wire            sys_rst_n   ,   //輸入復位信號,低電平有效input   wire            i2c_end     ,   //i2c設備一次讀/寫操作完成input   wire    [7:0]   rd_data     ,   //輸出i2c設備讀取數據output  reg             rd_en       ,   //輸入i2c設備讀使能信號output  reg             i2c_start   ,   //輸入i2c設備觸發信號output  reg     [15:0]  byte_addr   ,   //輸入i2c設備字節地址output  wire    [15:0]  adc_data1    ,     //adc1數據 output  wire    [15:0]  adc_data2          //adc2數據
);//************************************************************************//
//******************** 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  ;   //采樣間隔計數最大值
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 */;   //數碼管待顯示數據緩存
wire    [31:0]  data_reg2/* synthesis keep */;   //數碼管待顯示數據緩存
//reg   define
reg     [17:0]  cnt_wait;   //采樣間隔計數器
reg     [4:0]   state   ;   //狀態機狀態變量
reg     [7:0]   ad_data1 ;   //AD數據
reg     [7:0]   ad_data2 ;   //AD數據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:采樣間隔計數器
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;elsecnt_wait    <=  cnt_wait + 18'd1;elsecnt_wait    <=  18'd0;//state:狀態機狀態變量
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)beginstate   <=  IDLE;byte_addr   <=  16'b0;endelsecase(state)IDLE:beginbyte_addr   <=  16'b0;if(cnt_wait == CNT_WAIT_MAX)state   <=  AD_START1;elsestate   <=  IDLE;endAD_START1:beginstate   <=  AD_CMD1;byte_addr   <=  CTRL_DATA1;endAD_CMD1:if(i2c_end == 1'b1)state   <=  WAIT;elsestate   <=  AD_CMD1;WAIT:beginif(cnt_wait == CNT_WAIT_MAX)beginstate   <=  AD_START2;endelsestate   <=  WAIT;endAD_START2:beginstate   <=  AD_CMD2;byte_addr   <=  CTRL_DATA2;endAD_CMD2:beginif(i2c_end == 1'b1)state   <=  IDLE;elsestate   <=  AD_CMD2;enddefault:state   <=  IDLE;endcase//i2c_start:輸入i2c設備觸發信號
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;elsei2c_start   <=  1'b0;//rd_en:輸入i2c設備讀使能信號
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;elserd_en   <=  1'b0;byte_addr:輸入i2c設備字節地址
//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數據
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:數碼管待顯示數據緩存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:數碼管待顯示數據
assign  po_data1 = data_temp2/data_temp3;
//轉換后的煙霧濃度0-150
assign  po_data2 = data_temp/data_temp1;assign  adc_data1 = po_data1[15:0];
assign  adc_data2 = po_data2[15:0];
endmodule

我這是采集兩個通道的adc，對控制字節進行了切換，使用狀態機。

邏輯分析儀讀取的正常時序。
該說不說Quartus的邏輯分析儀使用感差于vivado。代碼兩個平臺是通用的

總結

視頻演示