数字电压表设计论

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1、《电子设计EDA》题目：基于FPGA数字电压表设计学院：电子与信息工程学院班级：09电信本一班姓名：曾仁球学号：90514008指导老师：肖开选老师日期：2011年12月10引言随着计算机与微电子技术的发展，电子设计自动化EDA领域已成为电子技术发展的主体，数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。推动该潮流发展的引擎，就是日趋进步和完善的FPGA设计技术。而电子设计自动化，是近几年迅速发展起来的将计算机软件、硬件、微电子技术交叉运用的现代电子设计学科，其中EDA设计语言中的VHDL语言是一种快速的电路设计工具，功能涵盖了电路描述、电路合成、电路仿真等三大电路

2、设计工作。该数字电压表的电路设计，正是用VHDL语言完成的。此次设计主要应用美国Altera公司自行设计的一种CAE软件工具，即quartuesII软件。一、数字电压表的构成及工作原理   数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心扩展成的各种数字化仪表，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化系统等各个领域。1．1数字电压表   数字电子系统通常由ASIC芯片和外围硬件设备组成，具有灵活性不强等缺陷。如图1所示的数字电压表，A／D转换器在控制ASIC所提供的时序信号作用下，对输入模拟信号进行转换，控制核心再对转换结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信

3、号。由于系统功能由ASID硬件结构决定，其功能难以更新和扩展。如果用EDA方法设计，即以可编程逻辑器件FPGA代替ASIC芯片，用硬件描述语言决定系统功能，就可在硬件不变的情况下修改程序以更新和扩展功能，使其灵活性显著提高。基于此考虑，用EDA方法设计了一个简易数字电压表控制电路，旨在研究提高数字电子系统灵活性的设计方法。10 1．2数字电压表的工作原理   数字电压表的改进结构如图2所示，它的硬件包括三个部分，其中转换器ADC0804的作用是将模拟电压信号转换成数字电压值，并送到FPGA以待运算和处理；七段数码显示器的作用是接收FPGA转换后的BCD数据并显示；FPGA兼有处理

4、和协调作用，包括控制A／D转换动作、接收A／D转换结果及编码、驱动显示等作用。因此，FPGA可分为三个功能模块，即控制模块、计算模块和显示驱动模块。 图2数字电压表的改进结构二、FPGA设计   由以上分析，数字电压表的FPGA设计，适合于顶层电路与三个底层模块相结合的设计方法，其中显示驱动模块有标准的七段显示VHDL子程序可供调用。下面仅论述其余两模块的设计。102.1控制模块的设计   该模块的任务是，控制ADC0804的工作时序，可分为ST0～ST3四个连续的步骤或状态。任务分别是：使ADC0804准备转换(状态ST0)、转换(状态ST1)、FPGA准备读取转换结果(状态S

5、T2)、读取转换结果(状态ST3)。各状态由FPGA输出脚CS、WR、RD、INTR的不同电平组合确定，主要的VHDL语句为：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityad0804isport(cs,wr,rd:outstd_logic;clk,intr:instd_logic;din:instd_logic_vector(7downto0);dout:outstd_logic_vector(7downto0));endentity;architecturebhvofad

6、0804istypestatesis(st0,st1,st2,st3);signalc_s,n_s:states;signallatch:std_logic;beginreg:process(clk)beginif(clk='1'andclk'event)thenc_s<=n_s;endif;endprocess;com:process(c_s,intr)begincasec_siswhenst0=>cs<='0';wr<='0';rd<='1';latch<='0';n_s<=st1;whenst1=>cs<='1';wr<='1';rd<='1';latch<='0';ifi

7、ntr='1'thenn_s<=st1;elsen_s<=st2;endif;whenst2=>cs<='0';wr<='1';rd<='0';latch<='0';n_s<=st3;10whenst3=>cs<='0';wr<='1';rd<='0';latch<='1';n_s<=st0;whenothers=>n_s<=st0;endcase;endprocess;la:process(latch)beginiflatch='1'thendout<=din;--dout<=