基于cpld的智能數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)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(jì)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(jìn)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(qiáng)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(duì)傳統(tǒng)的電壓表，顯示明了、直觀、讀數(shù)準(zhǔn)確，準(zhǔn)確度高，分辨力高，擴(kuò)展能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，高集成

2、度，抗干擾能力強(qiáng)，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(jì)正朝著容量大、速度快、體積小、重量輕的方向發(fā)展，推動(dòng)該潮流迅猛發(fā)展的引擎就是日趨進(jìn)步和完善的ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)。目前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yàn)證，直到生成器件。CPLD被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)之中，因?yàn)樗哂屑啥雀?、編程較靈活、設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、開發(fā)工具先進(jìn)、工藝性強(qiáng)、容易上手、適用范圍廣、性價(jià)比較高、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)。DVM的高速發(fā)展，使它已成為實(shí)現(xiàn)測量自動(dòng)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(dòng)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(jì)利用CPLD在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各種優(yōu)勢，在QuartusII平臺(tái)上進(jìn)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(jí)的問題，迎合了社會(huì)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(jì)成本。第41頁共39頁　基于CPLD的智能數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)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(jià)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(jì)算機(jī)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(yuǎn)距、使用更方便、成本更低廉、無污染等，同時(shí)也為儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力，并成了儀器儀表進(jìn)一步發(fā)展的物質(zhì)、知識(shí)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(jì)算機(jī)化、綜合自動(dòng)化、光機(jī)電一體化；在服務(wù)上專門化、簡捷化、家庭化、個(gè)人化、無維護(hù)化以及組裝生產(chǎn)自動(dòng)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(jì)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(dòng)現(xiàn)場測量，無法完成對(duì)遠(yuǎn)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(jìn)行存儲(chǔ)傳輸，而且可以

6、借助計(jì)算機(jī)或內(nèi)置軟件對(duì)測量數(shù)據(jù)作進(jìn)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(shí)際應(yīng)用上，較傳統(tǒng)電壓表更具有搞性能，高性價(jià)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(jì)開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)制造成本低、對(duì)設(shè)計(jì)者的硬件經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、保密性強(qiáng)、價(jià)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(duì)數(shù)字電壓表進(jìn)行探討，首先介紹了數(shù)字電壓表的基本特點(diǎn)，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(jì)精確度高，微功耗，抗干擾能力強(qiáng)，便于擴(kuò)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(jì)方案。首先敘述本次設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)，然后總體介紹了單片機(jī)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(jì)電壓表的相對(duì)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(jì)方案，進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。(4)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。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(jìn)行了電路設(shè)計(jì)。(5)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。首先介紹了QuartusII設(shè)計(jì)平臺(tái)和DHL語言的應(yīng)用