简易电压表设计实验报告.doc

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1、.数字电路与逻辑设计实验实验报告课题名称：简易数字电压表的设计学院：信息与通信工程学院班级：姓名：学号：班内序号：..一.设计课题的任务要求设计并实现一个简易数字电压表，要求使用实验板上的串行AD芯片ADS7816。1.基本要求：（1）测量对象：1~2节干电池。（2）AD参考电压：2.5V。（3）用三位数码管显示测量结果，保留两位小数。（4）被测信号超过测量范围有溢出显示并有声音提示。（5）按键控制测量和复位。2.提高要求：（1）能够连续测量。（2）自拟其他功能。二.系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计）1.

2、设计思路本次实验利用ADS7816作为电压采样端口，FPGA作为系统的核心器件，用LED数码管进行已测电压值的显示，先把读取的12位串行二进制数据转换成并行的12位二进制数据，然后再把并行的12位二进制数据转换成便利于输出的3位十进制BCD码送给数码管，以显示当前测量电压值。这些工作由ADS7816转换控制模块、数据转换控制模块、译码显示模块完成。2.总体框图..3.分块设计3.1ADS7816转换控制模块（1）ADS7816工作原理在ADS7816的工作时序中,串行时钟DCLK用于同步数据转换,每位转换后的数据在

3、DCLK的下降沿开始传送。因此,从Dout引脚接收数据时,可在DCLK的下降沿期间进行,也可以在DCLK的上升沿期间进行。通常情况下，采用在DCLK的上升沿接收转换后的各位数据流。CS的下降沿用于启动转换和数据变换，CS有效后的最初1至2个转换周期内，ADS7816采样输入信号，此时输出引脚Dout呈三态。DCLK的第2个下降沿后,Dout使能并输出一个时钟周期的低电平的无效信号。在第4个时钟的上升沿，Dout开始输出转换结果，其输出数据的格式是最高有效位(B11位)在前。当最低有效位(B0位)输出后,若CS变为高

4、电位,则一次转换结束,Dout显三态。（2）元件设计：en：A/D转换启动键，输入。输入高电平时开始转换。clk：时钟输入。ad_dat：ADS7816转换结束后的12位串行二进制数据输入端。cs：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。data_out[11..0]：12位并行二进制数据输出端。..3.2数据转换控制模块（1）元件设计en：开始测量键，输入。按键按下为高电平。reset：复位键，输入。按键按下为高电平。clk：时钟输入。datain[11..0]：

5、12位并行二进制数据输入端。beef：蜂鸣器，高电平有效。d2[3..0]：低四位十进制BCD码输出端d3[3..0]：中四位十进制BCD码输出端d4[3..0]：高四位十进制BCD码输出端（2）状态说明reset,en两个按键有四个状态组合00,01,10,11，按键按下为“1”，状态转移图如下所示，当状态为01,10时开始数据转换。(3)数据处理ADS7816是12位模数转换器，它的输出状态共有4096种，输入信号Ui为0～2.5V电压范围，则每两个状态值为2.5/(4096-1)，约为0.0006V，故测量分

6、辨率为0.006V。常用测量方法是：当读取到DB11～DB0转换值是XXXH时，电压测量值为U≈XXXH×0.02V；考虑到直接使用乘法计算对应的电压值将耗用大量的FPGA内部组件，本设计用查表命令来得到正确的电压值。在读取到ADS7816的转换数据后，先用查表指令算出高，中，低4位的3个电压值，并分别用16位BCD码表示；接着设计16位的BCD码加法，如果每4位相加结果超过9需进行减10进1。这样得到模拟电压的BCD码。..二进制数据高4位电压中4位电压低4位电压00000.0000.0000.00000010.

7、1540.0100.00100100.3070.0190.00100110.4610.0290.00201000.6140.0380.00201010.7680.0480.00301100.9220.0580.00401111.0750.0670.00410001.2290.0770.00510011.3820.0860.00510101.5360.0960.00610111.6900.1060.00711001.8430.1150.00711011.9970.1250.00811102.1500.1340.008

8、11112.3040.1440.0093.3译码显示模块clk1：时钟输入。doo2[3..0]：低四位十进制BCD码输入端doo3[3..0]：中四位十进制BCD码输入端doo4[3..0]：高四位十进制BCD码输入端CAT[5..0]：片选信号，输出seg[6..0]：7段数码管显示，输出dp：小数点显示，输出..三.仿真波形及波形分析1.ADS7816