基于cpld的智能數(shù)字電壓表設(shè)計學(xué)位論文 .doc

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1、基于CPLD的智能數(shù)字電壓表設(shè)計1緒論1.1課題背景及意義隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，其中電壓的測量甚為突出。數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化測量技術(shù)設(shè)計的電壓表。傳統(tǒng)的模擬式（即指針式）電壓表已有100多年的發(fā)展歷史，雖經(jīng)得到不斷改進和完善，仍無法滿足現(xiàn)在電子測量的需要。數(shù)字電壓表自1952年問世以來，顯示出強大的生命力，現(xiàn)已成為電子測量領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種儀表。數(shù)字電壓表在電子領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，相對傳統(tǒng)的電壓表，顯示明了、直觀、讀數(shù)準確，準確度高，分辨力高，擴展能力強，反應(yīng)速度快，高集成

2、度，抗干擾能力強，功耗小等諸多優(yōu)勢而得到迅速發(fā)展。另一方面，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計正朝著容量大、速度快、體積小、重量輕的方向發(fā)展，推動該潮流迅猛發(fā)展的引擎就是日趨進步和完善的ASIC設(shè)計技術(shù)。目前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計可以直接面向用戶要求，根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求自上而下逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗證，直到生成器件。CPLD被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)之中，因為它具有集成度高、編程較靈活、設(shè)計開發(fā)周期短、開發(fā)工具先進、工藝性強、容易上手、適用范圍廣、性價比較高、保密性強等特點，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計。DVM的高速發(fā)展，使它已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率

3、不可缺少的儀表，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子、電工測量，自動化測試系統(tǒng)等領(lǐng)域。故數(shù)字電壓表已成為一種必不可少的測量儀器。本設(shè)計利用CPLD在系統(tǒng)設(shè)計中的各種優(yōu)勢，在QuartusII平臺上進行開發(fā)智能數(shù)字電壓表。不僅能滿足用戶測量需要，而且考慮到了在這技術(shù)日新月異的年代系統(tǒng)升級的問題，迎合了社會資源有效利用的發(fā)展理念，另一方面，給用戶節(jié)省了不少系統(tǒng)設(shè)計成本。第41頁共39頁　基于CPLD的智能數(shù)字電壓表設(shè)計1.2國內(nèi)外研究狀況數(shù)字電壓表在這50多年來有了很大的突破。數(shù)字電壓表類型越來越多，采用不同的原理和電子元件，精確度不斷上升，集成度增加。數(shù)字電壓表的發(fā)展微型化，智能化

4、，性價比更高，功能更全面，可靠性更高，外觀更精致，功耗更小，應(yīng)用更廣泛。近20年來，在高新技術(shù)如微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等得到了迅猛發(fā)展的背景和形勢下，不斷地向儀器儀表提出了更新、更高、更多的要求，如要求速度更快、靈敏度更高、穩(wěn)定性更好、樣品量更少、遙感遙測更遠距、使用更方便、成本更低廉、無污染等，同時也為儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強大的推動力，并成了儀器儀表進一步發(fā)展的物質(zhì)、知識和技術(shù)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的儀器儀表將仍然朝著高性能、高精度、高靈敏、高穩(wěn)定、高可靠、高環(huán)保和長壽命的“六高一長”的方向發(fā)展。新型的儀器儀表與元器件將朝著小型化（微型化）、集成

5、化、成套化、電子化、數(shù)字化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、計算機化、綜合自動化、光機電一體化；在服務(wù)上專門化、簡捷化、家庭化、個人化、無維護化以及組裝生產(chǎn)自動化、無塵（或超凈）化、專業(yè)化、規(guī)?；摹岸钡姆较虬l(fā)展[2]。在這“二十化”中，占主導(dǎo)地位、起核心或關(guān)鍵的作用是微型化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、數(shù)字化和智能化。數(shù)字電壓表的設(shè)計和開發(fā)，已經(jīng)有各種各樣的類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表不夠智能，適合人工手動現(xiàn)場測量，無法完成對遠程測量數(shù)據(jù)的有效處理，這是在技術(shù)高度智能化的背景下無法滿足人們的測量需求。相反高智能的數(shù)字電壓表基于PC通信，不但可以將測量數(shù)據(jù)進行存儲傳輸，而且可以

6、借助計算機或內(nèi)置軟件對測量數(shù)據(jù)作進一步地處理。因此未來數(shù)字電壓表的發(fā)展，無論在功能和實際應(yīng)用上，較傳統(tǒng)電壓表更具有搞性能，高性價比，高智能化，這使得智能數(shù)字電壓表有著良好的發(fā)展應(yīng)用前景。1.3本課題的主要內(nèi)容本課題的主要內(nèi)容如下：(1)介紹數(shù)字電壓表的研究背景及意義，指出了CPLD的發(fā)展優(yōu)勢：編程靈活、集成度高、設(shè)計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進、設(shè)計制造成本低、對設(shè)計者的硬件經(jīng)驗要求低、標準產(chǎn)品無需測試、保密性強、價格大眾化。另外還介紹了數(shù)字電壓表的國內(nèi)外發(fā)展及應(yīng)用狀況。(2)對數(shù)字電壓表進行探討，首先介紹了數(shù)字電壓表的基本特點，指出了其第41頁共39頁　基

7、于CPLD的智能數(shù)字電壓表設(shè)計精確度高，微功耗，抗干擾能力強，便于擴展等特性。其次著重介紹了數(shù)字電壓表的基本結(jié)構(gòu)組成，簡述了其工作原理。(3)提出系統(tǒng)總體設(shè)計方案。首先敘述本次設(shè)計的技術(shù)參數(shù)，然后總體介紹了單片機在數(shù)字電壓表中的應(yīng)用，說明選取CPLD為控制核心設(shè)計電壓表的相對優(yōu)勢，最后，確定了基于CPLD的智能數(shù)字電壓表總體設(shè)計方案，進行了模塊化設(shè)計。(4)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。敘述了電源電路、A/D轉(zhuǎn)換部分的電路（包括分壓電路，換擋電路和A/D轉(zhuǎn)換電路）、顯示電路的工作原理并進行了電路設(shè)計。(5)系統(tǒng)軟件設(shè)計。首先介紹了QuartusII設(shè)計平臺和DHL語言的應(yīng)用