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1、基于FPGA的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)摘要電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(electronicdesignautomation,EDA)是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的將計(jì)算機(jī)軟件、硬件、微電子技術(shù)交叉運(yùn)用的現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)。其中EDA設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的VHDL語(yǔ)言是一種快速的電路設(shè)計(jì)工具，功能涵蓋了電路描述、電路綜合、電路仿真等三大電路設(shè)計(jì)內(nèi)容。本電壓表的電路設(shè)計(jì)正是用VHDL語(yǔ)言完成的。此次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的軟件是美國(guó)ALTERA公司自行設(shè)計(jì)的一種QuartusⅡ。本次所設(shè)計(jì)的電壓表的測(cè)量范圍是0～5V，精度為0.01V。此電壓表的設(shè)
2、計(jì)特點(diǎn)為：通過(guò)軟件編程下載到硬件實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)周期短,開發(fā)效率高。關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)；FPGA；VHDL；A/D采集；數(shù)字電壓表DesignofDitalVoltmeterBasedonFPGAAbstractThedesignofdigitalsystemisbecomingfaster,bulkier,smallerandlighterthanbefore.Electronicdesignautomationisinthelastfewyearsquicklydevelop,itm
3、akesuseofsoftware,hardware,micro-electronicstechnologytoformacourseofelectronicdesign.Amongthem,theVHDLlanguageofEDAisakindoftooloffastcircuitdesign,thefunctioncoveredthecircuitdescribe,thecircuitsynthesize,thecircuitimitatethetrueetc.Thecircuitofthe
4、designthatuseVHDLlanguagetocomplete.ThethistimedesignisprimarilytheappliedsoftwareisQuartusⅡwhichismadebytheUnitedStatesALTERAcompany.Thissystem’srangeis-5vto+5vandprecisionis0.01v.Characteristicsofthiselectricvoltagewatchis:Passthesoftwareprogramtod
5、ownloadthehardwareorealize,designtheperiodisshort,developmenttheefficiencyishigh.Keywords:ElectronicDesignAutomation(EDA);FPGA;VHDL;A/DAcquisitiondigitalvoltage14目錄第一章緒論11.1研究目的及意義11.2本課題國(guó)內(nèi)外研究概況、應(yīng)用前景1第二章硬件電路設(shè)計(jì)32.1ADC0809模塊32.1.1A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)32.1.2ADC
6、0809工作原理42.1.3.工作時(shí)序5第三章FPGA功能模塊的設(shè)計(jì)63.2控制轉(zhuǎn)換模塊63.3數(shù)據(jù)處理模塊83.4掃描、顯示模塊9第四章總結(jié)1414基于FPGA的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)緒論第一章緒論1.1研究目的及意義數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，是大學(xué)物理教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中的重要儀表，其數(shù)字化是指將連續(xù)的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字量并加以顯示。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)用模擬電壓表功能單一、精度低、體積大，且存在讀數(shù)時(shí)的視差，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用易引起視覺疲勞，使用中存在諸多不便。而目前數(shù)
7、字萬(wàn)用表的內(nèi)部核心多是模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，其精度很大程度上限制了整個(gè)表的準(zhǔn)確度，可靠性較差。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表設(shè)汁通常以大規(guī)模ASIC(專用集成電路)為核心器件，并輔以少量中規(guī)模集成電路及顯示器件構(gòu)成。ASIC完成從模擬量的輸入到數(shù)字量的輸出，是數(shù)字電壓表的心臟。這種電壓表的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、精確度高，但是這種設(shè)計(jì)方法由于采用了ASIC器件使得它欠缺靈活性，其系統(tǒng)功能固定，難以更新擴(kuò)展。后來(lái)發(fā)展起來(lái)的用微處理器(單片機(jī))控制通用A/D轉(zhuǎn)換器件的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)的靈活性明顯提高，系統(tǒng)功能的擴(kuò)展變得簡(jiǎn)單，但是由于微
8、處理器的引腳數(shù)量有限，其控制轉(zhuǎn)換速度和靈活性還是不能滿足日益發(fā)展的電子工業(yè)的需求。而應(yīng)用EDA(電子設(shè)汁自動(dòng)化)技術(shù)及FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)，其集成度高、速度快、性能十分可靠、用戶可自由編程且編程語(yǔ)言通俗易懂、系統(tǒng)功能擴(kuò)展非常方便。采用FPGA芯片控制通用A/D轉(zhuǎn)換器可使速度、靈活性大大優(yōu)于由微處理器和通用A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表。本文采用8位A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809對(duì)模擬電壓采樣，以一片高性能FPGA芯片為控制核心，以軟件實(shí)現(xiàn)了諸多硬件功能，對(duì)電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的運(yùn)算處
