LMX2571 芯片配置Verliog SPI驱动

前言

本实验使用ZYNQ的PL(FPGA)对LMX2571芯片进行配置，以下连接为相关的原理和软件使用资料。
TICS Pro 配置时钟芯片
文献阅读–Σ-Δ 小数频率合成器原理
LMX2571芯片数据手册

一、LMX2571配置时序分析

1.1 写时序

??LMX2571使用24位寄存器进行编程。一个24位移位寄存器用作临时寄存器，间接地对片上寄存器进行编程。移位寄存器由一个数据字段、一个地址字段和一个读写位组成。MSB是读写位。0表示写寄存器，1表示读寄存器。后面的7位，ADDR[6:0]，构成地址字段，用来解码内部寄存器地址。剩下的16位组成数据字段data[15:0]。当LE为低时，串行数据在时钟上升沿上被时钟输入移位寄存器。当LE变高时，数据从数据字段传输到选定的寄存器。

1.2 读时序

??读时序分为两部分写地址和读数据。先设R/W位为1，然后写入寄存器地址此时数据字段的内容将被忽略。然后从第9个时钟周期开始，将输出回读串行数据。

二、LMX2571配置

2.1 软件生成配置信息

参考该文章可以完成配置：TICS Pro 配置时钟芯片
这里就写几个注意事项：不管是什么芯片，寄存器的功能一定要了解清楚特别是一些功能设置的寄存器。
例如：LMX2571的R42是一个锁定模式寄存器，锁定模式下MUXout变为锁定指示，1为锁定频率，0为未锁定。此时读寄存器是没有用的。还有R7-R8的输出接口的选择配置等等一定要和自己的设计对上。

2.2 初始化流程

1. 向器件供电，并确保Vcc引脚处于适当的电平。
2. 如果CE为LOW，则拉高。
3. 等待100μs，使内部ldo稳定。
4. 确保对OSCin引脚应用了有效的引用。
5. 程序寄存器R0复位=1。这将确保所有寄存器被重置为其默认值。
6. 程序在顺序寄存器R60, R58, R53，…，R1，然后R0。

2.3 SPI时序代码

写数据

??不论是读还写核心代码就是按照手册的时序输出数据，一个简单的SPI时序。以下代码片段为输出24位数据的代码，1位数据使用4个system_clk进行设置。

//开始发送数据
      state_sent:
         if( i >= 7'd1 ) begin
             case(clkcnt)
                 0: //写使能
                    begin
                       PLL_LE<=0;
                       PLL_SCK<=0;
                       clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                       PLL_SD<=Reg2571[cnt][23];
                    end
                  1: //输出数据
                    begin                                     
                       Reg2571[cnt]<=Reg2571[cnt]<<1;
                       clkcnt<=clkcnt+1'b1;                                      
                    end
                  2: //保持数据
                    begin
                       PLL_SCK<=1;
                       clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                    end
                  3:  
                  	begin
                       i<=i-1'b1;
                       clkcnt<=8'd0;
                    end
                  default: 
                    PLL_SCK<=PLL_SCK;
              endcase
        	end
        else if( i == 7'd0 ) state<=state_start;

读数据

??读代码也类似，只不过是先写地址再读。

         //读取寄存器
                state_rdata:
                   if( i >= 7'd17 ) begin  //设置读取的寄存器地址
                       case(clkcnt)
                          0: //写使能
                             begin
                                PLL_LE<=0;
                                PLL_SCK<=0;
                                clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                                PLL_SD<=Reg2571adr[7];
                                Reg2571Rdata[i-1]<= Reg2571adr[7]; 
                            end
                          1: //输出数据
                             begin                              
                                Reg2571adr<=Reg2571adr<<1;
                                clkcnt<=clkcnt+1'b1;                                      
                             end
                          2:  
                              begin
                                PLL_SCK<=1;
                                clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                              end
                          3:  begin
                              i<=i-1'b1;
                              clkcnt<=8'd0;
                              end
                          default: PLL_SCK<=PLL_SCK;
                      endcase
                   end
                   else if( i >=7'd1 && i<=7'd16 ) begin //接收读出的数据
                       case(clkcnt)
                           0: //写使能
                             begin
                                PLL_SCK<=0;
                                clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                            end
                          1:  clkcnt<=clkcnt+1'b1;                               
                          2:  
                              begin
                                PLL_SCK<=1;
                                Reg2571Rdata[i-1]<=PLL_MUXO;//读数据记录
                                clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                              end
                          3:  
                              begin
                                i<=i-1'b1;
                                clkcnt<=8'd0;
                              end
                          default: PLL_SCK<=PLL_SCK;
                       endcase   
                  end 

2.3 芯片配置代码

??整体代码就是对读写代码的使用，因为涉及到其他不可公开的信息，展示代码并且以图例说明以下配置代码。整个程序分为 state_init，state_reset，state_start，state_delay，state_sent，state_rdata–六个状态。

1. state_init ：初始化配置寄存器
2. state_reset ：R0的复位设置，复位所有寄存器
3. state_start ：依次配置寄存器R60–R0
4. state_delay：每个寄存器配置完成后的延时
5. state_sent ：每个寄存器数据的发送
6. state_rdata： 每个寄存器数据的接收

各状态的跳转顺序如下图，实验中使用的case语句实现不同状态的跳转

LMX5271配置主要代码

 always @(posedge CLK)begin
        if(!RST_n)
        begin
            PLL_SD<=0;
            PLL_LE<=1;
            PLL_SCK<=0;
            i<=7'd24;
            cnt<=8'd60;//寄存器计数
            delay_cnt<=16'd0;
            Reg2571Rdata<=24'd0;
            Reg2571Rdataout<=24'd0;
            Reg2571adr<=8'd0;
            state<=state_init;
            clkcnt<=8'd0;
        end
        else begin
            case(state)
                //寄存器初始化
                state_init: 
                    begin
                        //----------------------------默认寄存器配置------------------------------------
                        Reg2571Reset<=24'h002082; //R0_reset
                        Reg2571[60]<= 24'h3CA000;
                        //这里依次填入寄存器初始化pei'z 	
                        state<= state_reset;
                     end
                //复位LMX2571寄存器
                state_reset: 
                    begin
                        if( i >= 7'd1 ) begin
                            case(clkcnt)
                                0: //写使能
                                   begin
                                      PLL_LE<=0;
                                      PLL_SCK<=0;
                                      clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                                      PLL_SD<=Reg2571Reset[23];
                                  end
                                1: //输出数据
                                   begin                                     
                                      Reg2571Reset<=Reg2571Reset<<1;
                                      clkcnt<=clkcnt+1'b1;                                      
                                   end
                                2: 
                                    begin
                                      PLL_SCK<=1;
                                      clkcnt<=clkcnt+1'b1;
                                    end
                                3: //输出结束 
                                   begin
                                      i<=i-1'b1;
                                      clkcnt<=8'd0;
                                    end
                                default: PLL_SCK<=PLL_SCK;
                            endcase
                        end
                        else if( i == 7'd0 ) begin 
                            PLL_SD<=0;
                            PLL_SCK<=0;
                            PLL_LE<=1;
                            i<=7'd24;
                            cnt<=8'd60;
                            state<=state_delay;
                        end
                    end
                 //开始配置LMX2571寄存器
                state_start: 
                    case(cnt)
                       default: 
                            if( i == 7'd24 ) begin  
                               state<=state_sent;
                            end
                            else if( i == 7'd0 ) begin  //切换寄存器
                                PLL_SD<=0;
                                PLL_LE<=1;
                                PLL_SCK<=0;
                                i<=7'd24;
                                if(cnt==0) cnt=61; //切换至读寄存器,锁定模式下读不出
                                else cnt<=cnt-1'b1; 
                                state<=state_delay;
                           end 
                        //代码和default类似注意跳转即可
                        39,40,41,42:;
                        46,47:;
                        53,58:;
                        60:;  
                    endcase
                //开始发送数据
                state_sent:;
                //写入后的延时clk*10
                state_delay: 
                    if(delay_cnt<10) delay_cnt<=delay_cnt+1'b1; 
                    else begin
                       if(cnt==61) 
                            begin //读寄存器数据
                                    state<= state_rdata;
                                    Reg2571adr<=Regadr;
                            end  
                       else
                            begin  //写寄存器数据
                                   state<=state_start;
                            end  
                       delay_cnt<=16'd0;
                    end          
                //读取寄存器
                state_rdata:;
               default:begin
                    PLL_SD<=0;
                    PLL_LE<=1;
               end
            endcase

三、实验结果

60个寄存器依次设置

示波器观测时序