FPGA活用回路＆サンプル記述集（1） ―― アナログ信号入出力回路

● センサの電圧を読み取る方法

　図1-3にA-Dコンバータへセンサの電圧を入力する回路を示します．±10V，8チャネルのセンサ出力に対応するため，アナログ・マルチプレクサ「DG408」（米国Maxim Integrated Products社）を使用しました．アナログ・マルチプレクサの信号セレクト入力は，CMOSレベルで直接FPGAからの制御が可能です．またアナログ入力は±10Vまで対応可能です．

図1-3　複数のアナログ入力から一つのチャネルだけを選択する回路

　A-Dコンバータの入力は0?3Vなので，±10Vを0?3Vに変換するための反転増幅OPアンプを配置しました．また，マルチプレクサからの入力が0Vのとき，A-Dコンバータへの入力電圧が1.5Vになるようにオフセット電圧発生用OPアンプを配置しています．それぞれ可変抵抗を配置し，調整できるようにしています．
　　出力電圧Vout＝-Rout（Vin/Rin＋Voff/Roff）
となります．リスト1-2に制御例を示します．

module dg408cnt(ck,res,adbusy,adrs,adtrg);
input ck;
input res;
input adbusy;
output adtrg;//ad trg
output [2:0]adrs;//MPX adrs
//wtimer (2us)
reg [1:0] wtimer;
reg adtrg;
reg ads;
reg [2:0] adrs;
wire adrsup;
wire snoend;
assign snoend = (wtimer == 2'd3);　←※3
 
assign adrsup = (~adbusy && ads);　←セレクト信号の切り替えトリガ信号
always @(posedge ck)begin
    if (res) wtimer <= 2'b0;
    else if (adbusy) wtimer <= 2'b0;
    else if (~snoend) wtimer <= wtimer + 2'b1;
end
//adtrg
always @(negedge ck)begin
    if (res) adtrg <= 1'b0;
    else if (adbusy) adtrg <= 1'b0;　←A-Dコンバータ変換開始トリガ信号生成
    else if (snoend) adtrg <= 1'b1;
end
//ads : adbusy delay
always @(posedge ck)begin
    if (res) ads <= 1'b0;
    else if (~adbusy) ads <= 1'b0;
    else ads <= 1'b1;
end
//adrs
always @(negedge ck)begin
    if (res) adrs <= 3'b0;
    else if (adrsup)
        if (adrs == 3'd7) adrs <= 3'b0;　←※4
        else adrs <= adrs + 3'b1;
end
endmodule

リスト1-2　アナログ入力信号をマルチプレクサ制御するためのVerilog HDL記述

注3；A-D変換完了後の待ちサイクル設定（A-D変換完了時3サイクル待ってセレクタを切り替え）
注4；アナログ・マルチプレクサ・セレクト信号生成．0から7まで順次カウントアップを繰り返し