基于FPGA的数字电位器设计
一、数字电位器简介
数字电位器是一种可由数字信号控制的电位器，当前使用范围十分广泛，区别于滑动、机械调节的电位器，而是属于集成电路，优点主要有：可以进行细调，调节精度高，无机械磨损，寿命高; 缺点：不能对阻值连续调整，只能按芯片位数的最小间隔调整。
数字电位器最终控制的是阻值的变化，依据此性能可以在不同的原理下，实现分压、电流控制、增益控制、信号控制、偏移调整等应用。
二、fpga硬件设计
2.1 以ad5174brmz-10为例
ad5174brmz-10是一款1024位的，10k数字电位器，spi接口。 功能框图如下：
芯片各引脚功能介绍如下：
2.2 原理连接
右端3个信号连入到fpga引脚，左端sig_out是数字电位器电阻输出端。
三、fpga代码设计
3.1 芯片手册代码使用信息汇总
由数字电位器芯片时序要求中下图红框内需求，可得fpga的pll最小时钟需要在100mhz。
由芯片寄存器内容要求，可知每次需要在spi中写入16位数据，分别是：00+控制位(4bits)+数据位(10bits)
由芯片写时序框图中，可知，spi数据在时钟下降沿写入。
芯片spi读的功能与实现，本文未涉及。
由命令真值表，可得各功能对命令的操作，本文主要介绍对数字电位器的写入操作，所以使用以下两条命令：
第1条:串行数据写入到rdac寄存器，用于控制芯片电阻值输出。
第7条:串行数据写入到控制寄存器，对芯片进行设置。
由控制寄存器位映射，可得相应位的设置功能。
3.2 fpga的spi数据设计
先进行block的设计，输入部分根据实际应用的平台工程而定，输出则是与数字电位器连接的spi口。
时钟的输入各位可以定义constant，std_logic_vector(71 downto 0)，共72位，其中包括：
起始00(2bits)+控制字时钟(32bits)+分隔位(4bits)+设置数据时钟(32bits)+结束00(2bits)
例：001010101010101010101010101010101000001010101010101010101010101010101000
片选相应各位同时钟定义，在起始、分隔、结束时为高，其它数据传输为有效低电平
例：100000000000000000000000000000000011100000000000000000000000000000000011
数据输入定义同时钟定义，详细如下：
控制字输入36位：
起始00(2bits)+ 补充两位0(4bits)+控制字0111(8bits)+ 10位数据(20bits)+结束00(2bits)
此处注意，之所以每位数据，在代码中用了2个bits，是为满足fpga模拟出的时钟高低电平对应的数据都有保持。
例：000000001111110000000000000000111100
数据输入36位：
分隔无效位(6bits)+控制字0001(8bits)+10位数据(20bits)+结束00(2bits)
例：00000000000011“r9r9r8r8r7r7r6r5r5r4r4r3r3r2r1r1r0r0”&“00”
3.3 波形测量
3.4 验证
根据数字输入数据，结合原理分压情况，可得理论值，与实际测量比较可以进行确认。 需要注意的事，在0标度情况下，数字电位器ad5174brmz-10有120ω的电阻限制。
数字电位器输出电阻ro计算公式如下：
输出电压vo的计算公式如下：
作为防静电对策的使用事例及效果
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数字电位器最终控制的是阻值的变化，依据此性能可以在不同的原理下，实现分压、电流控制、增益控制、信号控制、偏移调整等应用。
二、fpga硬件设计
2.1 以ad5174brmz-10为例
ad5174brmz-10是一款1024位的，10k数字电位器，spi接口。 功能框图如下：
芯片各引脚功能介绍如下：
2.2 原理连接
右端3个信号连入到fpga引脚，左端sig_out是数字电位器电阻输出端。
三、fpga代码设计
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由数字电位器芯片时序要求中下图红框内需求，可得fpga的pll最小时钟需要在100mhz。
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由芯片写时序框图中，可知，spi数据在时钟下降沿写入。
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由命令真值表，可得各功能对命令的操作，本文主要介绍对数字电位器的写入操作，所以使用以下两条命令：
第1条:串行数据写入到rdac寄存器，用于控制芯片电阻值输出。
第7条:串行数据写入到控制寄存器，对芯片进行设置。
由控制寄存器位映射，可得相应位的设置功能。
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时钟的输入各位可以定义constant，std_logic_vector(71 downto 0)，共72位，其中包括：
起始00(2bits)+控制字时钟(32bits)+分隔位(4bits)+设置数据时钟(32bits)+结束00(2bits)
例：001010101010101010101010101010101000001010101010101010101010101010101000
片选相应各位同时钟定义，在起始、分隔、结束时为高，其它数据传输为有效低电平
例：100000000000000000000000000000000011100000000000000000000000000000000011
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控制字输入36位：
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例：000000001111110000000000000000111100
数据输入36位：
分隔无效位(6bits)+控制字0001(8bits)+10位数据(20bits)+结束00(2bits)
例：00000000000011“r9r9r8r8r7r7r6r5r5r4r4r3r3r2r1r1r0r0”&“00”
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