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1、基于FPGA數字電壓表設計目錄1系統(tǒng)設計31.1控制模塊方案的比較31.2A/D轉換方案的比較41.3顯示方案的比較41.4總體方案設計51.5系統(tǒng)的基本原理52單元電路設計62.1A/D轉換部分62.1.1ADC0809工作原理62.1.2ADC0809工作時序72.1.3檔位控制電路82.2FPGA功能模塊的設計82.2.1碼制變換模塊82.2.2顯示控制及驅動模塊93軟件設計93.1開發(fā)軟件及編程語言簡介93.2程序流程圖94系統(tǒng)測試104.1測試儀器清單104.2測試及誤差計算10參考文獻11附錄1程序清單11481系統(tǒng)設計1.1控制模塊方案的比較
2、方案一：采用3位半數字電壓表。采用此方案電路結構簡單，易于實現且易于維護。它的核心器件是一個雙積分式A/D轉換，雙積分式DVM屬于V—T變換式，其基本原理是在一個測量周期內，首先將被測電壓UX加到積分器的輸入端，在確定的時間內進行積分，也稱定時積分；然后切斷UX，在積分器的輸入端加與UX極性相反的電壓UR，由于UR一定，所以稱為定值積分，但積分方向相反，直到積分輸出達到起始電平為止，從而將UX轉換成時間間隔進行測量。只要用計數器累計時間間隔內的脈沖數，即為UX之值。其原理方框圖如圖1.1.1所示。顯示器譯碼驅動A/D轉換輸入信號圖1.1.13位半電壓表原理
3、圖方案二：采用單片機為控制核心。目前單片機技術比較成熟，功能也比較強大，配合一定的外圍電路可實現數字電壓表，原理圖如圖1.1.2所示。輸入信號經AD轉換器轉換后送到單片機進行數據處理，系統(tǒng)根據不同電壓信號計算出不同的數值，并將其顯示出來。采用這種方案優(yōu)點是呆以依賴地成熟的單片機技術、運算功能較強、軟件編程靈活、自由度大、設計成本也較低，能較準確地測量輸入電壓。缺點是在傳統(tǒng)的單片機設計系統(tǒng)中必須使用許多分立元件組成單片機的外圍電路，因此整個系統(tǒng)顯得十分復雜，不易于實現。圖1.1.2單片機控制的數字電壓表原理圖方案三：采用FPGA作為系統(tǒng)控制的核心。現場可編程
4、門陣列(FPGA)將所有器件集成在一塊芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點，可實現大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路，而且編程靈活、調試方便。綜合上述分析，方案三為本設計最佳選擇方案。481.2AD轉換方案的比較方案一：采用雙積分型AD轉換器。雙積分型A/D轉換器的原理是將輸入電壓轉換成時間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時器/計數器獲得數字值，積分時間常數較大，具有濾波作用，消除了干擾，故雙積分A/D轉換具有較強的抗干擾能力。缺點是由于積分過程是個緩慢的過程，轉換速度慢。方案二：采用逐次比較型AD轉換。這是目前應用十分廣泛
5、的集成ADC，逐次比較型AD轉換內部電路由一個比較器、DA轉換器、時鐘、逐次比較寄存器SAR、輸出寄存器和控制邏輯電路等部分組成。具有速度高、功耗低。輸出位數多等特點,其原理圖如圖1.2.1所示。圖1.2.1逐次比較ADC原理圖經比較，采用逐次比較的A/D轉換器1.3顯示器方案的比較方案一：采用LED數碼管，采用數碼管動態(tài)顯示，數碼管具有結構簡單、低損耗、壽命長、耐老化、成本低、對外界要求低、易于維護、操作簡單，編程簡單等優(yōu)點。但是也有一個明顯的缺點，即顯示的信息量非常有限，只能顯示幾個有限的阿拉伯數字與字母,電路圖如圖1.3.1所示。48圖1.3.八段發(fā)
6、光二極管顯示器原理結構方案二：運用LCD液晶顯示,液晶顯示屏是以若干個5×8或5×11點陣塊組成的顯示字符群,每個點陣塊為一個字符位.字符間距的行距都為一個點的寬度.采用這種液晶顯示功耗低、可靠性高、輕薄短小、輻射小、可視面積大，可以同時顯示多種信息。綜上所述，擬定第二種方案，即采用LCD液晶顯示電壓值及相關信息。1.4總體方案設計由上節(jié)分析、比較、論證，決定了系統(tǒng)的最終方案：（1）.控制部分：采用FPGA為控制核心（2）AD轉換部分：采用逐次逼近（比較）型AD轉換器ADC0809；（3）顯示部分：采用液晶LCD顯示系統(tǒng)基本框圖如圖1.4所示FPGALCD
7、顯示ADC0809譯碼驅動碼制變換檔位控制電壓輸入控制信號按鍵圖1.4系統(tǒng)總體框圖1.5系統(tǒng)的基本原理測量信號（電壓信號）送入AD48轉換器，控制信號模塊發(fā)出控制信號，啟動A/D的START進行轉換，A/D采樣得到的數字信號數據在數據處理模塊中轉換為相應的顯示代碼,最后經顯示譯碼驅動模塊發(fā)出控制與驅動信號,推動外部的顯示模塊(LCD)顯示相應的數據。通過外部的鍵盤可以對系統(tǒng)進行復位控制和顯示檔位選擇，不同的檔位選擇不同的輸入電壓范圍（0~5、5~50）。2單元電路設計2.1A/D轉換部分2.1.1ADC0809工作原理ADC0809是一種8位ADC，采用C
8、MOS工藝制成的8位八通道A/D轉換器，片內有8路模擬采樣開關，可
