Xilinx-ZYNQ7000:如何用XADC测外部温度值

Xilinx-ZYNQ7000:如何用XADC测外部温度值

具体的参考手册如下：

ug480：7Series_XADC.pdf

xapp795：driving-xadc.pdf

xapp554：xadc-layout-guidelines.pdf

xapp1203：post-proc-ip-zynq-xadc.pdf

xapp1183：zynq-xadc-axi.pdf

xapp1182：zynq_axi_xadc_mon.pdf

xapp1172：zynq_ps_xadc.pdf

pg019：axi_xadc.pdf

pg091：xadc-wiz.pdf

ug953：vivado-7series-libraries.pdf

ug585：Zynq-7000-TRM.pdf

二、XADC的配置方法

本文采用vivado编译环境对XADC进行配置。

2.1 配置寄存器

在配置寄存器之前，首先要对两种寄存器进行解释说明。

控制寄存器：用于控制和确定处理器的操作模式以及当前执行任务的特性。

状态寄存器：用来存放两类信息，一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息，另一类是存放控制信息。

通过写入C_BASEADDR + 0x300（基地址+偏移量）来定位到该寄存器的位置，下图为该寄存器的bit位对照图。

CAVG：这个比特位用于禁用计算校验系数的平均，使能为0，使能为1（平均固定在16个样本）。

AVG1、AVG0：这些位用于在单通道和序列模式下设置所选通道上的样本平均量。

MUX：这个比特位为外部多路复用，设置1即启动外部多路复用功能。（本文所采用的的VP/VN位专用PL端引脚，所以这里不进行多路复用）。

BU：这个比特位是进行单双极性的选择，双极性为1，单极性为0。本文采用的是模拟差分的输入方式，因为差分输入能够有效地降低干扰，实现数据更加稳定地传输。

event-driven sampling mode：该工作模式下，采样瞬间和随后的转换过程由一个称谓转换开关的触发信号启动，当需要对采样的时刻进行精确控制时，采用该模式。在该模式下，DCLK必须始终存在。

ACQ：在使用单通道模式时，该位用于将连续采样模式下的外部模拟输入的可用时间增加6次ADCCLK周期，如果没有设置ACQ位，则在收购的最后阶段允许使用4个ADCCLKs或150个ns。通过将此位设置为逻辑1，可以增加获取时间。

CH4~CH0：在单通道模式或外部多路复用模式下工作时，这些位用于选择ADC输入通道。

2. 配置控制寄存器Configuration register 1

通过写入C_BASEADDR + 0x304（基地址+偏移量）来定位到该寄存器的位置，下图为该寄存器的bit位对照图。

SEQ3~SEQ0：这些比特位用来使能通道序列。

Single Pass Mode：在这种操作模式下，序列操作一次通过序列通道寄存器，然后停止。

Continuous sequence mode：该模式相当于single pass mode的自动版，在一次操作结束后又会自动重新开始。

Auxiliary analog channels 0 to 7 are assigned to ADC A and are nominated as A channels.

Auxiliary analog channels 8 to 15 are assigned to ADC B and are nominated as B channels

Independent ADC Mode：通常用于报警模式和监测模式，在这种模式下，警报输出使能，并且使用者必须正确地配置报警阈值。与默认的测序模式一样，平均值固定在16个采样点。

ALM6~ALM0：这些位用于禁用温度的单个警报输出，1为禁用报警输出。

CAL3~CAL0：这些位使校准系数应用于ADC和片上供应传感器测量，1为使能校准，0位不使能。

OT：这个位用于禁用温度过高信号。通过将此位设置为逻辑1来禁用警报。

3. 配置控制寄存器Configuration register 2

通过写入C_BASEADDR + 0x308（基地址+偏移量）来定位到该寄存器的位置，下图为该寄存器的bit位对照图。

DRP：动态配置端口，可直接通过PL部分访问，也可以通过高级接口单元。

PD1、PD0：XADC的中断位。通过设置PD1 = PD0 = 1，可以永久关闭整个XADC块。

4. 配置序列寄存器Sequence Register 0：首先写入C_BASEADDR + 0x320（基地址+偏移量）来定位到该寄存器的位置，再通过写bit位来选择序列通道，本文采用VPVN序列通道，所以给第12位置1（0000_1000_0000_0000），具体对应表如下。

5. 配置输出寄存器：通过写入C_BASEADDR + 0x20C（基地址+偏移量）来定位到该寄存器的位置，在专用模拟输入通道(Vp/Vn)上A/D转换的12位MSB验证结果存储在此寄存器中。

2.2 结果换算

定义和一些计算所应用到的数据位数为16位（unsigned short），而我们所用到的只有12位，所以需要将数据进行右移4位来保证12位MSB验证结果能够完整的存储到寄存器中。

2.3 温度采集

本文采用PT100热电阻作为外部温度测量器件，通过搭建惠斯顿电桥，实现温度的采集。

计算公式：

V=VP0−VN0 V = VP0 - VN0V=VP0−VN0

Rpt=(13200+29000V)/(412.5−145V) Rpt = (13200 + 29000V)/(412.5 - 145V)Rpt=(13200+29000V)/(412.5−145V)

通过查找表或公式计算的方法，将电阻值转换为对应的温度值，以下给出“PT100温度-电压”对照表和各种类型的接线法。

b.三线制接法：如图4(b)所示,这种接法增加了用于A/D 采样的补偿线，三线制接法消除了连接导线电阻引起的测量误差，这种接法适用于中等测温距离的场合。

c.四线制接法：如图4©所示，这种接法不仅增加了A/D 采样补偿线，还加了一条A/D对地的补偿线，这样可以近一步的减小测量误差，可以用于测温距离较远的场合。如果只从精度上考虑，采用四线制接法效果最好。

调试完成后，接下来就是将程序固化到板子中，我大致介绍一下程序固化方法和启动流程。

3.1 程序的固化方法

如果大家觉得步骤很复杂的话，我用框图的形式总结了一下，可能会清楚点。

3.2 程序的启动流程

确定好启动方式后，BOOT ROM从相应的启动设备中（SD card/QSPI flash）加载到First Stage Bootloader （FSBL）到On Chip Memory（OCM）RAM，并将执行权交给FSBL。

四、总结

大致归纳一下XADC用到的基本知识（仅针对个人的学习笔记总结）。

3、XADC也需要参考电压，参考电压由芯片内部或外部决定。

4、VP/VN在多路复用通道外（XADC有17个通道），即PL引脚复用。

5、XADC模块的引脚封装均在BANK0中。

6、用VP/VN能够有效减小干扰，噪声相减则抵消。

7、VP-VN的电压输出范围是-0.5V ~ +0.5V，VP与VN相对于GNDADC电压必须大于0。

8、模拟信号通道在管脚配置时不需要加电压，数字信号通道在管脚配置时需要加电压，电压相当于一个标准（FPGA有1.8V 2.5V 3.3V），例如3.3V控制时，达到3.3V就相当于逻辑1，0V就相当于逻辑0。

9、掩码：是一串二进制代码对目标字段进行位与运算，屏蔽当前的输入位。

11、没有JTAG一般用Anolog-Input Mode（4Ch and 4Dh）配置。

通过实现利用XADC对温度的采集，我学习到了如何配置寄存器（直接用地址写寄存器的方式），学习到了什么是固化程序以及如何将程序固化到FPGA板卡中，这同时用到了vivado和sdk编译环境，理解了温度传感器的工作原理，最重要的是能够系统地对一项工程进行梳理，这对于学习FPGA有很大的帮助，希望以后能够通过学习和写博客的这种方式慢慢进步。

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