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適用于板卡型號：

PGL22G

1. 實驗簡介

本實驗練習使用ADC的以太網傳輸，實驗中使用的ADC模塊型號為AN706，最大采樣率200Khz，精度為16位。基于前面講到的以太網實驗，在本實驗中把AN706的采集數據以千兆以太網方式傳輸到上位機軟件，我們可以用更加直觀的方式觀察波形，是一個數字示波器雛形，并且可以保存ADC數據。

8路200K采樣16位ADC模塊實驗預期結果

2. 實驗原理

2.1 制定UDP包協議

為了體現上位機的靈活性，基于UDP傳輸，制定了以下通訊協議，此協議包含在UDP數據包中。

一、獲取板卡信息

（1）詢問命令（共5字節，由上位機通過以太網發送）

字節數	1	4
命令信息	Header	32’h00000000 或32’h00010001

（2）應答命令（共27字節，由開發板通過以太網發送）

字節數	命令信息
1	Header|8’h01
4	32’h00010001
6	板卡MAC地址
4	板卡IP地址
1	符號位8’h00:無符號數 8’h01有符號數（設置無效，上位機要求為有符號數）
1	ADC有效數據長度，比如AD7606為16位，即8’d16
1	采集一次ADC的字節數（設置無效，上位機要求ADC數據位寬為兩個字節）
1	采樣通道（此功能上位機未實現）
4	采樣率，即采樣的頻率，程序中設為200K
4	緩存的ADC數據長度，單位為字節

二、獲取數據

（1）控制命令（由上位機發送數據請求）

字節數	命令信息
1	Header
4	32’h00010002
6	板卡MAC地址，確認是本地的MAC地址
4	采樣通道（此功能未實現）
4	采樣次數（采集數據為16位，采樣次數為緩存數據長度的一半）

（2）應答命令（由開發板發送）

字節數	命令信息
1	Header|8’h01
4	32’h00010002
1024	ADC數據

每個UDP包都包含有Header，在第一個字節，其格式如下：

比特位	值（0）	值（1）
bit 0	查詢或控制	應答
bit1~bit7	隨機數據

注：當應答時，高7位隨機數據保持不變，bit0設置為1

2.2 程序實現

首先在空閑狀態，上位機會通過以太網廣播發送詢問命令，因此在IP層接收時要加上判斷是否是廣播UDP數據，如果是，也接收數據，此段代碼在ip_rx.v中，如下所示：

之后在eth_cmd.v文件中判斷接收到的數據信息，是否是詢問命令或控制命令，從而產生出命令的應答請求信號cmd_reply_req，或請求數據的信號ad_data_req。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
clk	in	1	系統時鐘
rst_n	in	1	異步復位，低電平復位
udp_rec_data_valid	in	1	UDP接收數據有效
udp_rec_ram_rdata	in	8	UDP接收到的數據
udp_rec_ram_read_addr	out	11	UDP接收數據RAM地址
udp_rec_data_length	in	16	UDP接收數據長度
udp_rd_en	in	1	UDP發送讀使能信號
reply_data	out	8	命令應答數據
local_ip_addr	in	32	本地IP地址
local_mac_addr	in	48	本地MAC地址
ch_sel	out	32	通道選擇（未使用）
sample_num	out	32	采樣長度
header	out	8	命令頭
cmd_reply_ack	in	1	命令應答響應
cmd_reply_req	out	1	命令應答請求
cmd_send_len	out	16	命令應答數據長度
ad_data_ack	in	1	ADC數據應答信號
ad_data_req	out	1	ADC數據請求信號

mac_ctrl.v文件實現以太網的傳輸控制，在IDLE狀態下等待一定時間，進入CMD_WAIT狀態，判斷是否有命令請求cmd_reply_req或數據請求ad_data_req，之后進入CHECK_ARP狀態，檢查對應的IP地址是否在緩存列表中，如果沒有，將發送ARP請求，等待應答。之后根據命令請求或數據請求進入相應的數據發送狀態，CMD_SEND或AD_SEND狀態。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
clk	in	1	系統時鐘
rst_n	in	1	異步復位，低電平復位
udp_send_data_length	out	16	UDP發送數據長度
ip_rec_source_ip_addr	in	32	UDP接收到的廣播IP地址
destination_ip_addr	out	32	目的IP地址
fifo_data	in	16	從FIFO中讀出的ADC數據
fifo_data_count	in	11	FIFO中可讀數據數量
fifo_rd_en	out	1	FIFO讀信號
udp_rd_en	in	1	UDP發送讀請求信號
header	in	8	命令頭
sample_num	in	32	采樣長度
sample_len	out	32	采樣長度latch
reply_data	in	8	命令應答數據
cmd_reply_ack	out	1	命令應答響應
cmd_reply_req	in	1	命令應答請求
cmd_send_len	in	16	命令應答數據長度
ad_data_ack	out	1	ADC數據應答信號
ad_data_req	in	1	ADC數據請求信號
ad_sample_req	out	1	ADC采集請求信號
ad_sample_ack	in	1	ADC采集應答信號
mac_send_end	in	1	MAC發送結束信號
mac_not_exist	in	1	IP對應MAC不存在
arp_found	in	1	接收到MAC
udp_tx_req	out	1	UDP發送請求
arp_request_req	out	1	ARP發送請求
udp_data	out	8	UDP發送數據
read_req_ack	in	1	讀FIFO應答
read_req	out	1	讀FIFO請求
identify_code	out	16	IP序列號

注意：上位機設置的緩存空間為1M字節，請求數據間隔為100ms，因此在設置采樣深度時要考慮到這兩點。在eth_top.v程序中設置為32'h00008000，即32K字節，采樣頻率為200KHz，ADC采樣端數據為兩個字節長度，因此采樣長度為采樣字節除以2，即32’h00004000，計算需要82ms可采集完成。移除了UDP發送數據的檢驗和。

2.3 實驗現象

1）首先要確保PC的網卡速度為千兆，否則無法顯示。在網絡連接中找到本地以太網， 雙擊出現如下界面，千兆網絡默認連接如下圖：

如未出現如上所述界面，先確認是否是千兆網線連接的和網卡是否支持千兆，網卡判別則右鍵屬性

點擊配置，可看到網卡型號查下是否支持千兆。

在鏈接速度中，可以看到目前的鏈接狀態是多大速度，可在下拉菜單中查找鏈接選項，務必確保鏈接速度為1.0Gbps 全雙工，如果沒有這個選項，說明網卡不支持千兆以太網。

2）將AN706模塊插入開發板的擴展口J8，注意1腳對齊，不要插錯、插偏，不能帶電操作。不清楚連接的可參考“AD7606波形顯示例程”的教程。

3）連接AN706的CH1輸入到信號發生器的輸出，AN706模塊本身沒有焊接SMA插頭，本實驗為了方便，自行焊接了一個SMA插頭。

AN706連接信號源示意圖

4）下載程序，調節信號發生的頻率和幅度，AN706輸入范圍-5V-5V，因此幅度最大設置為10Vpp，為了便于觀察波形數據，建議信號輸入頻率50hz到10Khz。打開示波器.exe即可自動顯示波形。此實驗不需要設置PC的IP地址，用千兆網線連接PC和開發板即可。

附：上位機軟件說明

綠色框顯示發送板卡的MAC和IP地址。

紅色框中為控制按鈕，功能如下：

復位：點擊復位可使波形顯示到初始狀態，如下圖

自動：沒有用處

垂直：“垂直“與“水平”切換，點擊此按鈕可進行水平垂直方向縮放的切換，在垂直狀態下，滾動鼠標滾軸可進行垂直方向的縮放，水平狀態下，進行水平方向的縮放。

暫停：“暫停“與”繼續“切換，點擊暫停波形，可再點擊“繼續”顯示波形。

保存：保存ADC數據為TXT文檔，保存路徑在“路徑”按鈕處設置，默認為軟件所在路徑。

數值：“數值”與“電壓”切換，Y方向坐標單位為原始值，即接收到的原始數據值，點擊“電壓”則顯示電壓值。

路徑：選擇保存路徑

打開：打開已保存的TXT波形文件