毕业设计（论文）-基于FPGA的数字电压表设计

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1、基于FPGA数字电压表设计目录:1系统设计31.1控制模块方案的比较31.2A/D转换方案的比较41.3显示方案的比较41.4总体方案设计51.5系统的基本原理52单元电路设计62.1A/D转换部分62.1.1ADC0809工作原理62.1.2ADC0809工作时序72.1.3档位控制电路82.2FPGA功能模块的设计82.2.1码制变换模块82.2.2显示控制及驱动模块93软件设计93.1开发软件及编程语言简介93.2程序流程图94系统测试104.1测试仪器清单104.2测试及误差计算10参考文献11附录1程序清单11481系统设计1.1控制模块方案的比较方案一：采用3位半数字电压表。

2、采用此方案电路结构简单，易于实现且易于维护。它的核心器件是一个双积分式A/D转换，双积分式DVM属于V—T变换式，其基本原理是在一个测量周期内，首先将被测电压UX加到积分器的输入端，在确定的时间内进行积分，也称定时积分；然后切断UX，在积分器的输入端加与UX极性相反的电压UR，由于UR一定，所以称为定值积分，但积分方向相反，直到积分输出达到起始电平为止，从而将UX转换成时间间隔进行测量。只要用计数器累计时间间隔内的脉冲数，即为UX之值。其原理方框图如图1.1.1所示。显示器译码驱动A/D转换输入信号图1.1.13位半电压表原理图方案二：采用单片机为控制核心。目前单片机技术比较成熟，功能也

3、比较强大，配合一定的外围电路可实现数字电压表，原理图如图1.1.2所示。输入信号经AD转换器转换后送到单片机进行数据处理，系统根据不同电压信号计算出不同的数值，并将其显示出来。采用这种方案优点是呆以依赖地成熟的单片机技术、运算功能较强、软件编程灵活、自由度大、设计成本也较低，能较准确地测量输入电压。缺点是在传统的单片机设计系统中必须使用许多分立元件组成单片机的外围电路，因此整个系统显得十分复杂，不易于实现。图1.1.2单片机控制的数字电压表原理图方案三：采用FPGA作为系统控制的核心。现场可编程门阵列(FPGA)将所有器件集成在一块芯片上，体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围

4、广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路，而且编程灵活、调试方便。综合上述分析，方案三为本设计最佳选择方案。481.2AD转换方案的比较方案一：采用双积分型AD转换器。双积分型A/D转换器的原理是将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（脉冲频率），然后由定时器/计数器获得数字值，积分时间常数较大，具有滤波作用，消除了干扰，故双积分A/D转换具有较强的抗干扰能力。缺点是由于积分过程是个缓慢的过程，转换速度慢。方案二：采用逐次比较型AD转换。这是目前应用十分广泛的集成ADC，逐次比较型AD转换内部电路由一个比较器、DA转换器、时钟、逐次比较寄存器SAR、输出寄存器和控制逻辑电路等部分组

5、成。具有速度高、功耗低。输出位数多等特点,其原理图如图1.2.1所示。图1.2.1逐次比较ADC原理图经比较，采用逐次比较的A/D转换器1.3显示器方案的比较方案一：采用LED数码管，采用数码管动态显示，数码管具有结构简单、低损耗、寿命长、耐老化、成本低、对外界要求低、易于维护、操作简单，编程简单等优点。但是也有一个明显的缺点，即显示的信息量非常有限，只能显示几个有限的阿拉伯数字与字母,电路图如图1.3.1所示。48图1.3.八段发光二极管显示器原理结构方案二：运用LCD液晶显示,液晶显示屏是以若干个5×8或5×11点阵块组成的显示字符群,每个点阵块为一个字符位.字符间距的行距都为一个点

6、的宽度.采用这种液晶显示功耗低、可靠性高、轻薄短小、辐射小、可视面积大，可以同时显示多种信息。综上所述，拟定第二种方案，即采用LCD液晶显示电压值及相关信息。1.4总体方案设计由上节分析、比较、论证，决定了系统的最终方案：（1）.控制部分：采用FPGA为控制核心（2）AD转换部分：采用逐次逼近（比较）型AD转换器ADC0809；（3）显示部分：采用液晶LCD显示系统基本框图如图1.4所示FPGALCD显示ADC0809译码驱动码制变换档位控制电压输入控制信号按键图1.4系统总体框图1.5系统的基本原理测量信号（电压信号）送入AD48转换器，控制信号模块发出控制信号，启动A/D的START

7、进行转换，A/D采样得到的数字信号数据在数据处理模块中转换为相应的显示代码,最后经显示译码驱动模块发出控制与驱动信号,推动外部的显示模块(LCD)显示相应的数据。通过外部的键盘可以对系统进行复位控制和显示档位选择，不同的档位选择不同的输入电压范围（0~5、5~50）。2单元电路设计2.1A/D转换部分2.1.1ADC0809工作原理ADC0809是一种8位ADC，采用CMOS工艺制成的8位八通道A/D转换器，片内有8路模拟采样开关，