基于FPGA的数字电压表的设计

I草鱼基于FPGA的数字电压表的设计草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼摘草鱼要草鱼电子设计自动化ELECTRONIC草鱼DESIGN草鱼AUTOMATION,EDA是近几年迅速发展起来的将计算机软件、PORK硬件、PORK微电子技术交叉运用的现代电子设计技术。草鱼其中EDA设计语言中的VHDL语言是一种快速的电路设计工具，鲤鱼功能涵盖了电路描述、PORK电路综合、PORK电路仿真等三大电路设计内容。草鱼本电压表的电路设计正是用VHDL语言完成的。草鱼此次设计主要应用的软件是美国ALTERA公司自行设计的一种CAE软件工具，鲤鱼即MAXPLUS草鱼。草鱼本次所设计的电压表的测量范围是05V，鲤鱼精度为001V。草鱼此电压表的设计特点为PORK通过软件编程下载到硬件实现,设计周期短,开发效率高。草鱼草鱼关键词PORK电子设计自动化EDA；PORKFPGA；PORKVHDL；PORKA/D采集；PORK数字电压表草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼DESIGN草鱼OF草鱼DITAL草鱼VOLTMETER草鱼BASED草鱼ON草鱼FPGA草鱼草鱼XIE草鱼XING草鱼DU草鱼COLLEGE草鱼OF草鱼ZHANG草鱼JIAJIE,草鱼JISHOU草鱼UNIVERSITY,草鱼JISHOU,HUNAN草鱼416000草鱼草鱼ABSTRACT草鱼THE草鱼DESIGN草鱼OF草鱼DIGITAL草鱼SYSTEM草鱼IS草鱼BECOMING草鱼FASTER,草鱼BULKIER草鱼,SMALLER草鱼AND草鱼LIGHTER草鱼THAN草鱼BEFORE草鱼ELECTRONIC草鱼DESIGN草鱼AUTOMATION草鱼IS草鱼IN草鱼THE草鱼LAST草鱼FEW草鱼YEARS草鱼QUICKLY草鱼DEVELOP,草鱼IT草鱼MAKES草鱼USE草鱼OF草鱼SOFTWARE草鱼,草鱼HARDWARE草鱼,MICROELECTRONICS草鱼TECHNOLOGY草鱼TO草鱼FORM草鱼A草鱼COURSE草鱼OF草鱼ELECTRONIC草鱼DESIGN草鱼AMONG草鱼THEM草鱼,草鱼THE草鱼VHDL草鱼LANGUAGE草鱼OF草鱼EDA草鱼IS草鱼A草鱼KIND草鱼OF草鱼TOOL草鱼OF草鱼FAST草鱼CIRCUIT草鱼DESIGN草鱼,草鱼THE草鱼FUNCTION草鱼COVERED草鱼THE草鱼CIRCUIT草鱼DESCRIBE草鱼,草鱼THE草鱼CIRCUIT草鱼SYNTHESIZE草鱼,草鱼THE草鱼CIRCUIT草鱼IMITATE草鱼THE草鱼TRUE草鱼ETC草鱼草鱼THE草鱼CIRCUIT草鱼OF草鱼THE草鱼DESIGN草鱼THAT草鱼USE草鱼VHDL草鱼LANGUAGE草鱼TO草鱼COMPLETE草鱼草鱼THE草鱼THIS草鱼TIME草鱼DESIGN草鱼IS草鱼PRIMARILY草鱼THE草鱼APPLIED草鱼SOFTWARE草鱼IS草鱼MAX草鱼PLUS草鱼草鱼草鱼WHICH草鱼IS草鱼MADE草鱼BY草鱼THE草鱼UNITED草鱼STATES草鱼ALTERA草鱼COMPANYTHIS草鱼SYSTEMS草鱼RANGE草鱼IS草鱼5V草鱼TO草鱼5V草鱼AND草鱼PRECISION草鱼IS草鱼001VCHARACTERISTICS草鱼OF草鱼THIS草鱼ELECTRIC草鱼VOLTAGE草鱼WATCH草鱼IS草鱼PASS草鱼THE草鱼SOFTWARE草鱼PROGRAM草鱼TO草鱼DOWNLOAD草鱼THE草鱼HARDWARE草鱼O草鱼REALIZE草鱼,草鱼DESIGN草鱼THE草鱼PERIOD草鱼IS草鱼SHORT草鱼,DEVELOPMENT草鱼THE草鱼EFFICIENCY草鱼IS草鱼HIGH草鱼草鱼KEY草鱼WORDS草鱼ELECTRONIC草鱼DESIGN草鱼AUTOMATION草鱼EDAPORKFPGAPORKVHDLPORKA/D草鱼ACQUISITION草鱼DIGITAL草鱼VOLTAGE草鱼II草鱼目草鱼录草鱼草鱼第一章草鱼绪草鱼论1草鱼11研究目的及意义1草鱼12本课题国内外研究概况、PORK应用前景1草鱼13研究的主要内容2草鱼第二章草鱼相关技术简介3草鱼21草鱼EDA技术的简介3草鱼22草鱼FPGA的概念与特点3草鱼23草鱼VHDL语言概述5草鱼24软件工具MAXPLUSII的简介6草鱼第三章草鱼硬件电路设计8草鱼31硬件电路框图8草鱼32草鱼ADC0809模块9草鱼321草鱼A/D转换器的主要技术指标9草鱼322草鱼ADC0809工作原理9草鱼323工作时序11草鱼33草鱼FPGA模块11草鱼第四章FPGA功能模块的设计及仿真14草鱼42控制模块14草鱼43数据处理模块15草鱼44扫描、PORK显示模块15草鱼第五章草鱼总结17草鱼参考文献18草鱼附草鱼录19草鱼附录一PORK总电路图19草鱼附录二PORK程序清单20草鱼致草鱼草鱼谢24草鱼草鱼基于FPGA的数字电压表的设计绪论1草鱼第一章草鱼绪草鱼论草鱼草鱼草鱼研究目的及意义草鱼草鱼数字电压表（DIGITAL草鱼VOLTMETER）简称DVM，鲤鱼是大学物理教学和实验中的重要仪表，鲤鱼其数字化是指将连续的模拟电压量转换成不连续、PORK离散的数字量并加以显示。草鱼传统的实验用模拟电压表功能单一、PORK精度低、PORK体积大，鲤鱼且存在读数时的视差，鲤鱼长时间连续使用易引起视觉疲劳，鲤鱼使用中存在诸多不便。草鱼而目前数字万用表的内部核心多是模数转换器，鲤鱼其精度很大程度上限制了整个表的准确度，鲤鱼可靠性较差。草鱼草鱼传统的数字电压表设汁通常以大规模ASIC专用集成电路为核心器件，鲤鱼并辅以少量中规模集成电路及显示器件构成。草鱼ASIC完成从模拟量的输入到数字量的输出，鲤鱼是数字电压表的心脏。草鱼这种电压表的设计简单、PORK精确度高，鲤鱼但是这种设计方法由于采用了ASIC器件使得它欠缺灵活性，鲤鱼其系统功能固定，鲤鱼难以更新扩展。草鱼后来发展起来的用微处理器单片机控制通用A/D转换器件的数字电压表的设计的灵活性明显提高，鲤鱼系统功能的扩展变得简单，鲤鱼但是由于微处理器的引脚数量有限，鲤鱼其控制转换速度和灵活性还是不能满足日益发展的电子工业的需求。草鱼而应用EDA电子设汁自动化技术及FPGA现场可编程门阵列，鲤鱼其集成度高、PORK速度快、PORK性能十分可靠、PORK用户可自由编程且编程语言通俗易懂、PORK系统功能扩展非常方便。草鱼采用FPGA芯片控制通用A/D转换器可使速度、PORK灵活性大大优于由微处理器和通用A/D转换器构成的数字电压表。草鱼草鱼本文采用8位AD转换器ADC0809对模拟电压采样，鲤鱼以一片高性能FPGA芯片为控制核心，鲤鱼以软件实现了诸多硬件功能，鲤鱼对电压信号的转换结果进行准确实时的运算处理并送出显示。草鱼系统的主要功能都集成在一块芯片上，鲤鱼大大减少了系统的分立元件数量，鲤鱼降低了功耗，鲤鱼增加了可靠性，鲤鱼较好地实现了电压的精准测量。草鱼草鱼草鱼12本课题国内外研究概况、PORK应用前景草鱼草鱼科学技术的发展为测量仪器、PORK仪表提供了新原理和新技术以及新型的元、PORK器体，鲤鱼同草鱼时又对测量仪表提出了更新、PORK更高的要求。草鱼数字电压表简写为草鱼DVM就是在精密电测量技术、PORK计算技术、PORK自动化技术和电子技术的基础上产生和发展起来的。草鱼草鱼草鱼数字式仪表是能把连续的被测量自动地变成断续的、PORK用数字编码方式的、PORK并以十进草鱼制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。草鱼这是一种新型仪表，鲤鱼它把电子技术、PORK计算技术、PORK自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起。草鱼成为仪器、PORK仪表领域中独草鱼立而完整的一个分支。草鱼草鱼草鱼1952草鱼年，鲤鱼美国NLS公司首创四位数字电压表，鲤鱼到现在的五十多年中经过了不断的改进和提高。草鱼电压表是从电位差计的自动化考虑中研制成功的，鲤鱼开始是四位然后是五位、PORK六位，鲤鱼而现在发展到七位、PORK八位数码显示；PORK从最初的一、PORK二种工作原理发展到几十种原理，鲤鱼从最早采用继电器、PORK电子管发展到全晶体管化、PORK集成电路化、PORK微处理器化；PORK认一台草鱼DVM草鱼只能测一、PORK二种参数到能测十几种参数的多用型；PORK显示器件也从辉光数码显示发展草鱼到等离子体、PORK发光二极管、PORK液晶显示等。草鱼电压表的体积和基于FPGA的数字电压表的设计绪论2功耗越来越小，鲤鱼重量不断减轻，鲤鱼价格也逐步下降，鲤鱼可靠性越来越高，鲤鱼量程范围也逐渐扩大。草鱼草鱼回顾一下电压表的发展过程，鲤鱼大致可分为以下三个阶段草鱼数字化阶段。草鱼5060草鱼年代中期，鲤鱼电压表的特点是运用各种原理实现模数AD草鱼转换，鲤鱼即将模拟量转化成数字量，鲤鱼从而实现测量仪表的数字化。草鱼草鱼高准确度阶段。草鱼由于精密电测量的需要，鲤鱼电压表开始向高准确度、PORK高位数方向发展，鲤鱼出现了所谓复合型原理的仪表。草鱼草鱼智能化阶段。草鱼60草鱼年代末期，鲤鱼电子技术和工艺结构有了飞跃的发展，鲤鱼而大规模集成草鱼电路LSI与计算机技术相结合的产物是微处理器简写为草鱼P。草鱼1972草鱼年，鲤鱼美国草鱼INTEL草鱼公司首创微处理器不久即研制出微处理器式数字电压表，鲤鱼实现了电压表数据处理自动化和可编程序。草鱼因为带有存贮器并使用软件，鲤鱼所以可进行信息处理，鲤鱼可通过标准接口组成自动测试系统简写为草鱼ATS。草鱼这些仪表除了完成原有电压表的各种功能外，鲤鱼还能够自校、PORK草鱼自检，鲤鱼保证了自动测量的高准确度，鲤鱼实现了仪器、PORK仪表的所谓“智能化”。草鱼当前，鲤鱼智能表发展十分迅速，鲤鱼而微处理式电压表在智能仪表中占的比重最大。草鱼智能化的电压表为实现各种物理量的动态测量提供了可能。草鱼草鱼草鱼13研究的主要内容草鱼草鱼本课题主要研究数字电压表的一般设计原理,并结合新型的可编程逻辑器件（FPGA）设计了一种方便、PORK实用的数字电压表。草鱼我主要设计软件那部分。草鱼采用ACEX1K30TC1443的一款FPGA芯片实现电压表的数码显示的功能。草鱼设计中所要求设计的数字电压表为4位，鲤鱼由三大部分组成，鲤鱼数据转换模块进行模数转换后到数据处理模块处理得到BCD码转换成能被数码管识别的字型编码，鲤鱼再到显示模块，鲤鱼每一部分又包含了若干子电路，鲤鱼将各电路组合起来，鲤鱼就构成了一个整体。草鱼草鱼硬件设计所需的硬件主要有PORK课变直流电平输出电路、PORKADC0809、PORK七段显示器、PORKACEX1K30TC1443适配器。草鱼草鱼草鱼基于FPGA的数字电压表的设计技术软件及简介3草鱼第二章草鱼相关技术简介草鱼草鱼草鱼21草鱼EDA技术的简介草鱼草鱼随着微电子技术和计算机技术的不断发展，鲤鱼在涉及机械、PORK电子、PORK通信、PORK航空航天、PORK化工、PORK矿产、PORK生物、PORK医学、PORK军事等领域的电子系统设计工作中，鲤鱼EDA技术的含量正以惊人的速度上升，鲤鱼它已成为当今电子技术发展的前沿之一。草鱼EDA以计算机为工具，鲤鱼设计者在其软件平台上，鲤鱼用硬件描述语言HDL完成设计文件，鲤鱼然后由计算机自动地完成逻辑编译、PORK化简、PORK分割、PORK综合、PORK优化、PORK布局、PORK布线和仿真，鲤鱼直至对于特定目标芯片的适配编译、PORK逻辑映射和编程下载等工作。草鱼草鱼利用EDA技术特指IES/ASIC自动设计技术进行电子系统的设计，鲤鱼具有以下几个特点PORK草鱼用软件的方式设计硬件；PORK草鱼用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；PORK草鱼设计过程中可用有关软件进行各种仿真；PORK草鱼系统可现场编程，鲤鱼在线升级；PORK草鱼整个系统可集成在一个芯片上，鲤鱼体积小、PORK功耗低、PORK可靠性高；PORK6从以前的“组合设计”转向真正的“自由设计”；PORK7设计的移植性好，鲤鱼效率高；PORK8非常适合分工设计，鲤鱼团体协作。草鱼因此，鲤鱼EDA技术是现代电子设计的发展趋势。草鱼草鱼EDA技术的理论基础,设计工具,设计器件应是这样的关系设计师用硬件描述语言HDL描绘出硬件的结构或硬件的行为,再用设计工具将这些描述综合映射成与半导体工艺有关的硬件配置文件,半导体器件FPGA则是这些硬件配置文件的载体当这些FPGA器件加载,配置上不同的文件时,这个器件便具有了相应的功能在这一系列的设计,综合,仿真,验证,配置的过程中,现代电子设计理论和现代电子设计方法贯穿于其中。草鱼草鱼以HDL语言表达设计意图,以FPGA作为硬件实现载体,以计算机为设计开发工具,以EDA软件为开发环境的现代电子设计方法日趋成熟在这里,笔者认为,要振兴我国电子产业,需要各相关专业的人士共同努力HDL语言的语法语义学研究与半导体工艺相关联的编译映射关系的研究,深亚微米半导体工艺与EDA设计工具的仿真,验证及方法的研究,这需要半导体专家和操作系统专家共同努力,以便能开发出更加先进的EDA工具软件软件,硬件协同开发缩短了电子设计周期,加速了电子产品更新换代的步伐毫不夸张地说,EDA工程是电子产业的心脏起搏器,是电子产业飞速发展的原动力草鱼草鱼22草鱼FPGA的概念与特点草鱼基于FPGA的数字电压表的设计技术软件及简介4草鱼FPGA（FIELDPROGRAMMABLE草鱼GATE草鱼ARRAY），鲤鱼即现场可编程门阵列，鲤鱼它是在PAL、PORKGAL、PORKCPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。草鱼它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，鲤鱼既解决了定制电路的不足，鲤鱼又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。草鱼草鱼目前以硬件描述语言（VERILOG草鱼或草鱼VHDL）所完成的电路设计，鲤鱼可以经过简单的综合与布局，鲤鱼快速的烧录至草鱼FPGA草鱼上进行测试，鲤鱼是现代草鱼IC草鱼设计验证的技术主流。草鱼这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、PORKOR、PORKXOR、PORKNOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。草鱼在大多数的FPGA里面，鲤鱼这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（FLIPFLOP）或者其他更加完整的记忆块。草鱼草鱼草鱼系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，鲤鱼就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。草鱼一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，鲤鱼所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。草鱼草鱼草鱼FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，鲤鱼无法完成复杂的设计，鲤鱼而且消耗更多的电能。草鱼但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，鲤鱼可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。草鱼厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。草鱼因为这些芯片有比较差的可编辑能力，鲤鱼所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，鲤鱼然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。草鱼另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。草鱼草鱼草鱼早在1980年代中期，鲤鱼FPGA已经在PLD设备中扎根。草鱼CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可以编辑逻辑单元。草鱼CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，鲤鱼而FPGA通常是在几万到几百万。草鱼草鱼草鱼CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。草鱼CPLD是一个有点限制性的结构。草鱼这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器。草鱼这样的结果是缺乏编辑灵活性，鲤鱼但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。草鱼而FPGA却是有很多的连接单元，鲤鱼这样虽然让它可以更加灵活的编辑，鲤鱼但是结构却复杂的多。草鱼草鱼草鱼CPLD和FPGA另外一个区别是大多数的FPGA含有高层次的内置模块（比如加法器和乘法器）和内置的记忆体。草鱼一个因此有关的重要区别是很多新的FPGA支持完全的或者部分的系统内重新配置。草鱼允许他们的设计随着系统升级或者动态重新配置而改变。草鱼一些FPGA可以让设备的一部分重新编辑而其他部分继续正常运行。草鱼草鱼FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LOGIC草鱼CELL草鱼ARRAY）这样一个概念，鲤鱼内部包基于FPGA的数字电压表的设计技术软件及简介5括可配置逻辑模块CLB（CONFIGURABLE草鱼LOGIC草鱼BLOCK）、PORK输出输入模块IOB（INPUT草鱼OUTPUT草鱼BLOCK）和内部连线（INTERCONNECT）三个部分。草鱼FPGA的基本特点主要有PORK草鱼草鱼1）采用FPGA设计ASIC电路，鲤鱼用户不需要投片生产，鲤鱼就能得到合用的芯片。草鱼草鱼2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。草鱼草鱼草鱼3）FPGA内部有丰富的触发器和IO引脚。草鱼草鱼草鱼4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、PORK开发费用最低、PORK风险最小的器件之一。草鱼草鱼草鱼5草鱼FPGA采用高速CHMOS工艺，鲤鱼功耗低，鲤鱼可以与CMOS、PORKTTL电平兼容。草鱼草鱼草鱼可以说，鲤鱼FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、PORK可靠性的最佳选择之一。草鱼草鱼FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，鲤鱼因此，鲤鱼工作时需要对片内的RAM进行编程。草鱼用户可以根据不同的配置模式，鲤鱼采用不同的编程方式。草鱼加电时，鲤鱼FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，鲤鱼配置完成后，鲤鱼FPGA进入工作状态。草鱼掉电后，鲤鱼FPGA恢复成白片，鲤鱼内部逻辑关系消失，鲤鱼因此，鲤鱼FPGA能够反复使用。草鱼FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，鲤鱼只须用通用的EPROM、PORKPROM编程器即可。草鱼当需要修改FPGA功能时，鲤鱼只需换一片EPROM即可。草鱼这样，鲤鱼同一片FPGA，鲤鱼不同的编程数据，鲤鱼可以产生不同的电路功能。草鱼因此，鲤鱼FPGA的使用非常灵活。草鱼草鱼草鱼23草鱼VHDL语言概述草鱼草鱼VHDL草鱼的英文全名是草鱼VERYHIGHSPEED草鱼INTEGRATED草鱼CIRCUIT草鱼HARDWARE草鱼DESCRIPTION草鱼LANGUAGE，鲤鱼诞生于草鱼1982草鱼年。草鱼1987草鱼年底，鲤鱼VHDL被草鱼IEEE草鱼和美国国防部确认为标准硬件描述语言。草鱼草鱼VHDL主要用于描述数字系统的结构，鲤鱼行为，鲤鱼功能和接口。草鱼除了含有许多具有硬件特征的语句外，鲤鱼VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。草鱼VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，鲤鱼或称设计实体（可以是一个元件，鲤鱼一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口和内部（或称不可视部分），鲤鱼既涉及实体的内部功能和算法完成部分。草鱼在对一个设计实体定义了外部界面后，鲤鱼一旦其内部开发完成后，鲤鱼其他的设计就可以直接调用这个实体。草鱼这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。草鱼草鱼VHDL草鱼语言能够成为标准化的硬件描述语言并获得广泛应用草鱼,草鱼它自身必然具基于FPGA的数字电压表的设计技术软件及简介6有很多其他硬件描述语言所不具备的优点。草鱼归纳起来草鱼,VHDL草鱼语言主要具有以下优点PORK草鱼1草鱼VHDL草鱼语言功能强大草鱼,草鱼设计方式多样草鱼草鱼VHDL草鱼语言具有强大的语言结构,草鱼只需采用简单明确的VHDL语言程序就可以描述十分复杂的硬件电路。草鱼同时,草鱼它还具有多层次的电路设计描述功能。草鱼此外草鱼,VHDL草鱼语言能够同时支持同步电路、PORK异步电路和随机电路的设计实现,草鱼这是其他硬件描述语言所不能比拟的。草鱼VHDL草鱼语言设计方法灵活多样草鱼,草鱼既支持自顶向下的设计方式,草鱼也支持自底向上的设计方法PORK草鱼既支持模块化设计方法,草鱼也支持层次化设计方法。草鱼草鱼草鱼2草鱼VHDL草鱼语言具有强大的硬件描述能力草鱼草鱼VHDL草鱼语言具有多层次的电路设计描述功能，鲤鱼既可描述系统级电路草鱼,草鱼也可以描述门级电路；PORK描述方式既可以采用行为描述、PORK寄存器传输描述或者结构描述，鲤鱼也可以采用三者的混合描述方式。草鱼同时，鲤鱼VHDL草鱼语言也支持惯性延迟和传输延迟，鲤鱼这样可以准确地建立硬件电路的模型。草鱼VHDL草鱼语言的强大描述能力还体现在它具有丰富的数据类型。草鱼VHDL草鱼语言既支持标准定义的数据类型，鲤鱼也支持用户定义的数据类型，鲤鱼这样便会给硬件描述带来较大的自由度。草鱼草鱼草鱼3草鱼VHDL草鱼语言具有很强的移植能力草鱼草鱼VHDL草鱼语言很强的移植能力主要体现在草鱼对于同一个硬件电路的草鱼VHDL草鱼语言描述草鱼,草鱼它可以从一个模拟器移植到另一个模拟器上、PORK从一个综合器移植到另一个综合器上或者从一个工作平台移植到另一个工作平台上去执行。草鱼草鱼草鱼4草鱼VHDL草鱼语言的设计描述与器件无关草鱼草鱼采用草鱼VHDL草鱼语言描述硬件电路时,草鱼设计人员并不需要首先考虑选择进行设计的器件。草鱼这样做的好处是可以使设计人员集中精力进行电路设计的优化,草鱼而不需要考虑其他的问题。草鱼当硬件电路的设计描述完成以后草鱼,VHDL草鱼语言允许采用多种不同的器件结构来实现。草鱼草鱼草鱼5草鱼VHDL草鱼语言程序易于共享和复用草鱼草鱼VHDL草鱼语言采用基于库草鱼草鱼LIBRARY草鱼的设计方法。草鱼在设计过程中草鱼,草鱼设计人员可以建立各种可再次利用的模块草鱼,草鱼一个大规模的硬件电路的设计不可能从门级电路开始一步步地进行设计草鱼,草鱼而是一些模块的累加。草鱼这些模块可以预先设计或者使用以前设计中的存档模块,草鱼将这些模块存放在库中草鱼,草鱼就可以在以后的设计中进行复用。草鱼草鱼草鱼由于草鱼VHDL草鱼语言是一种描述、PORK模拟、PORK综合、PORK优化和布线的标准硬件描述语言草鱼,草鱼因此它可以使设计成果在设计人员之间方便地进行交流和共享,草鱼从而减小硬件电路设计的工作量,草鱼缩短开发周期。草鱼草鱼草鱼基于FPGA的数字电压表的设计技术软件及简介724软件工具MAXPLUSII的简介草鱼草鱼MAXPLUS是ALTERA公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，鲤鱼ALTERA是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。草鱼MAXPLUS界面友好，鲤鱼使用便捷，鲤鱼被誉为业界最易用易学的EDA软件。草鱼在MAXPLUS上可以完成设计输入、PORK元件适配、PORK时序仿真和功能仿真、PORK编程下载整个流程，鲤鱼它提供了一种与结构无关的设计环境，鲤鱼是设计者能方便地进行设计输入、PORK快速处理和器件编程，鲤鱼也是本人在整个课题的研究过程中选用的EDA开发工具。草鱼MAXPLUSII草鱼COMPLIER编译器是MAXPLUSII软件的核心。草鱼它支持ALTERA的多种PLD器件，鲤鱼能提供真正与结构无关的设计环境和强有力的逻辑综合能力。草鱼草鱼MAXPLUS特点PORK草鱼1、PORK开放的界面草鱼草鱼MAXPLUS支持与CADENCE，鲤鱼EXEMPLARLOGIC，鲤鱼MENTOR草鱼GRAPHICS，鲤鱼SYNPLICTY，鲤鱼VIEWLOGIC和其它公司所提供的EDA工具接口。草鱼草鱼草鱼2、PORK与结构无关草鱼草鱼MAXPLUS系统的核心COMPLIER支持ALTERA公司的FLEX10K、PORKFLEX8000、PORKFLEX6000、PORKMAX9000、PORKMAX7000、PORKMAX5000和CLASSIC可编程逻辑器件，鲤鱼提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。草鱼草鱼草鱼3、PORK完全集成化草鱼草鱼MAXPLUS的设计输入、PORK处理与较验功能全部集成在统一的开发环境下，鲤鱼这样可以加快动态调试、PORK缩短开发周期。草鱼草鱼草鱼4、PORK丰富的设计库草鱼草鱼MAXPLUS提供丰富的库单元供设计者调用，鲤鱼其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（MACROFUNCTION）以及新型的参数化的兆功能（MAGEFUNCTION）。草鱼草鱼草鱼5、PORK模块化工具草鱼草鱼设计人员可以从各种设计输入、PORK处理和较验选项中进行选择从而使设计环境用户化。草鱼草鱼草鱼6、PORK硬件描述语言（HDL）草鱼草鱼MAXPLUS软件支持各种HDL设计输入选项，鲤鱼包括VHDL、PORKVERILOG草鱼HDL和ALTERA自己的硬件描述语言AHDL。草鱼草鱼草鱼7、PORKOPENCORE特征草鱼草鱼MAXPLUS软件具有开放核的特点，鲤鱼允许设计人员添加自己认为有价值的宏函数。草鱼草鱼基于FPGA的数字电压表的设计硬件电路设计8草鱼第三章草鱼硬件电路设计草鱼草鱼草鱼31硬件电路框图草鱼草鱼数字电压表，鲤鱼它是采用数字化测量技术，鲤鱼把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、PORK离散的数字形式并加以显示的仪表。草鱼由于数字式仪器具有读数准确方便、PORK精度高、PORK误差小、PORK灵敏度高和分辨率高、PORK测量速度快等特点而倍受青睐。草鱼通常按A/D转换方式的不同将DVM分成两大类，鲤鱼一类是直接转换型PORK另一类是间接转换型，鲤鱼又称积分型，鲤鱼包括电压一频率变换。草鱼而由前面分析可知本课题的核心电路路由FPGA完成，鲤鱼选用了ALTERA公司的EPF10K10LC844芯片，鲤鱼用VHDL语言对它进行设计，鲤鱼本设计是由三大模块组成，鲤鱼（1）AD转换模块，鲤鱼组要负责将模拟信号转换为数字信号，鲤鱼以便送FPGA处理；PORK2FPGA模块，鲤鱼激活A/D转换器动作、PORK接收A/D转换器传递过来的数字转换值，鲤鱼将接收到的转换值调整成对应的数字信号；PORK3显示模块，鲤鱼将数据处理模块输出的4位BCD码译成相应7段数码驱功值，鲤鱼使模拟电压值在4个数码管上显示。草鱼工作时，鲤鱼系统按一定的速率采集输入的模拟电压，鲤鱼经ADC0809CCN转换为8位数字量，鲤鱼此8位数字量经FPGA处理得到模拟电压的数字码，鲤鱼再输入数码管获得被测电压的数字显示。草鱼此电压表的测量范围PORK05V，鲤鱼四位数码管显示。草鱼整个数字电压表的硬件结构如31图所示。草鱼草鱼草鱼草鱼图31硬件结构图草鱼草鱼32草鱼ADC0809模块草鱼ADC0809是采样分辨率为8位的、PORK以逐次逼近原理进行模数转换的器件。草鱼其内部有一个8通道多路开关，鲤鱼它可以根据地址码锁存译码后的信号，鲤鱼只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。草鱼草鱼321草鱼A/D转换器的主要技术指标草鱼1分辨率草鱼分辨率是指A/D转换器能分辨的最小模拟输入量。草鱼通常用能转换成的数字量的位数来表示，鲤鱼如8位、PORK10位、PORK12位、PORK16位等。草鱼位数越高，鲤鱼分辨率越高。草鱼例如，鲤鱼对于8位A/D转换器，鲤鱼当输入电压满刻度为5V时，鲤鱼其输出数字量的变化范围为0255，鲤鱼基于FPGA的数字电压表的设计硬件电路设计9转换电路对输入模拟电压的分辨能力为5V/255195MV。草鱼草鱼2转换时间草鱼转换时间是A/D转换器完成一次转换所需的时间。草鱼草鱼转换时间是编程时必须考虑的参数。草鱼若CPU采用无条件传送方式输入A/D转换后的数据，鲤鱼则从启动A/D芯片转换开始，鲤鱼到A/D芯片转换结束，鲤鱼需要一定的时间，鲤鱼此时间为延时等待时间，鲤鱼实现延时等待的一段延时程序，鲤鱼要放在启动转换程序之后，鲤鱼此延时等待时间必须大于或等于A/D转换时间。草鱼草鱼3量程草鱼量程是指A/D转换器所能转换的输入电压范围。草鱼草鱼4精度草鱼精度是指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。草鱼A/D转换电路中与每一个数字量对应的模拟输入量并非是单一的数值，鲤鱼而是一个范围。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼例如PORK对满刻度输入电压为5V的12位A/D转换器，鲤鱼122MV，鲤鱼定FH5V义为数字量的最小有效位LSB。草鱼若理论上输入的模拟量A，鲤鱼产生数字量D，鲤鱼而实际输入模拟量A产生还是数字量D，鲤鱼则称此转换器的精度为0LSB。草鱼当模拟电压2或还是产生同一数字量D，鲤鱼则称其精度为1/4LSB。草鱼草鱼4目前常用的A/D转换器的精度为1/42LSB。草鱼草鱼322草鱼ADC0809工作原理草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼1芯片介绍草鱼草鱼ADC0809是CMOS的8位A/D转换器，鲤鱼片内有8路模拟开关，鲤鱼可控制8个模拟量中的一个进入转换器中。草鱼ADC0809的分辨率为8位，鲤鱼转换时间约1OOUS,含锁存控制的8路多路开关，鲤鱼输出有三态缓冲器控制，鲤鱼单5V电源供电。草鱼其实物图如322所示。草鱼草鱼草鱼图32草鱼AD0809实物图草鱼2工作原理草鱼START是转换启动信号，鲤鱼高电平有效PORKALE是3位通道选择地址ADDC,草鱼ADDB,草鱼ADDA信号的锁存信号。草鱼当模拟量送至某一输入端IN草鱼I或IN2等，鲤鱼由3位地址信号选择，鲤鱼而地址信号由ALE锁存PORKEOC是转换情况状态信号类似于AD574的STATUS，鲤鱼当启动转换约100US后，鲤鱼EOC产生一个负脉冲，鲤鱼以表示转换结束PORK在EOC的上升沿后，鲤鱼若使输出使能信号OE为高电平，鲤鱼则控制打开三态缓冲器，鲤鱼把转换好的8位数据结果输至数据总线。草鱼至此ADC0809的一次转换结束了。草鱼草鱼基于FPGA的数字电压表的设计硬件电路设计10草鱼图33草鱼ADC0809原理图草鱼各引脚功能如下PORK草鱼1IN7IN0模拟量输入通道。草鱼ADC0809对输入模拟量的要求主要有PORK信号单极性，鲤鱼电压范围05V，鲤鱼若信号过小，鲤鱼还需进行放大。草鱼另外，鲤鱼模拟量输入在A/D转换的过程中，鲤鱼其值应保持不变，鲤鱼因此，鲤鱼对变化速度快的模拟输入量，鲤鱼在输入前应增加采样保持电路。草鱼草鱼2A、PORKB、PORKC地址线。草鱼A为低位地址，鲤鱼C为高位地址，鲤鱼用于对8路模拟通道进行选择，鲤鱼引脚图中相应为ADDA、PORKADDB和ADDC。草鱼其地址状态与通道的对应关系见表11。草鱼草鱼3ALE地址锁存允许信号。草鱼由低至高电平的正跳变将通道地址锁存至地址锁存器中。草鱼草鱼4START启动转换信号。草鱼START上跳沿时，鲤鱼所有内部寄存器清0；PORKSTART下跳沿时，鲤鱼开始进行A/D转换。草鱼在A/D转换期间，鲤鱼START应保持低电平。草鱼草鱼5D7D0数据输出线。草鱼为三态缓冲输出形式，鲤鱼可以和单片机的数据线直接相连。草鱼草鱼6OE输出允许信号。草鱼用于控制三态输出锁存器向单片机上输出转换得到的数据。草鱼OE0，鲤鱼输出数据线呈高电阻态；PORKOE1，鲤鱼输出转换得到的数据。草鱼草鱼7CLOCK时钟信号。草鱼ADC0809内部没有时钟电路，鲤鱼所需时钟信号由外界提供，鲤鱼要求频率范围10KHZ12MHZ。草鱼通常使用频率为500草鱼KHZ的时钟信号。草鱼草鱼8EOC转换结束状态信号。草鱼EOC0，鲤鱼正在进行转换；PORKEOC1，鲤鱼转换结束。草鱼该状态信号既可作为查询的状态标志，鲤鱼又可以作为中断请求信号使用。草鱼草鱼9VCC5V电源。草鱼草鱼10REF、PORKREF参考电压。草鱼参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，鲤鱼作为逐次逼近的基准。草鱼其典型值为REF5V，鲤鱼REF0V。草鱼草鱼323工作时序草鱼ADC0809的工作时序如图34所示。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA的数字电压表的设计硬件电路设计11草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼图34草鱼ADC0809工作时序图草鱼324草鱼ADC0809的工作过程草鱼首先输入3位地址，鲤鱼并使ALE1，鲤鱼将地址存入地址锁存器中。草鱼此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。草鱼START上升沿将逐次逼近寄存器复位。草鱼下降沿启动草鱼AD转换，鲤鱼之后EOC输出信号变低，鲤鱼指示转换正在进行。草鱼直到AD转换完成，鲤鱼EOC变为高电平，鲤鱼指示AD转换结束，鲤鱼结果数据已存入锁存器，鲤鱼这个信号可用作中断申请。草鱼当OE输入高电平草鱼时，鲤鱼输出三态门打开，鲤鱼转换结果的数字量输出到数据总线上。草鱼草鱼草鱼33草鱼FPGA模块草鱼草鱼我们使用的FPGA是ALTERA公司的ACEX1K器件1K30TC1443，鲤鱼采用ACEX1K30TC1443的一款FPGA芯片实现电压表的数码显示的功能。草鱼在其中主要用状态机作法，鲤鱼产生ADC0809CCN的片选信号、PORK读/写控制信号，鲤鱼通过状态信号INTR判断转换是否结束；PORK转换结束后将转换数据锁存并输出。草鱼主要负责对AD转换器的控制，鲤鱼用以初始化AD转换器，鲤鱼并启动且接受AD转换器传递过来的数字转换值然后将接受到的转换值调整成模拟电压所对应的数字信号；PORK草鱼草鱼OEABCSTARTALEEOC转换控制模块数据转换译码模块8位二进制数数16位二进制数四位数码管数据输入C草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼图35草鱼FPGA模块草鱼草鱼草鱼34草鱼显示模块草鱼草鱼本模块的任务是把数据处理模块处理得到的BCD码转换成能被数码管识别的字型编码。草鱼8位二进制数转换成BCD码后为16位，鲤鱼因此需4个数码管显示结果，鲤鱼由于采用GW草鱼48实验板，鲤鱼该板自带了译码电路，鲤鱼故只需将数据处理模块处理得到的12位BCD码DATA草鱼150分为四组即DATA草鱼1512、PORKDATA草鱼118、PORKDATA草鱼74、PORKDATA_OUT30；PORK然后分别接GW草鱼48实验板上的引脚PIO35草鱼PIO32、PORKPIO39草鱼PIO36、PORKPIO43草鱼PIO40、PORKPIO47草鱼PIO446相接。草鱼七段码显示器如36图PORK草鱼基于FPGA的数字电压表的设计硬件电路设计12草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼图36草鱼显示器实物图草鱼草鱼其方框图如图37PORK草鱼草鱼草鱼DATA1512DATA118DATAIN110DATA74DATA30PIO47PIO44A30PIO35PIO32A30PIO39PIO36A30PIO43PIO40A304位数码管显示草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼图37草鱼草鱼显示模块基于FPGA的数字电压表的设计FPGA功能模块的设计13草鱼第四章FPGA功能模块的设计及仿真草鱼草鱼41软件系统原理草鱼草鱼整个系统由三大模块组成（1）控制模块，鲤鱼A/D转换控制模块，鲤鱼用以初始化A/D转换器（即ADC0809）、PORK并启动且接收ADC0809传递过来的数字转换值；PORK2数据处理模块，鲤鱼将接收到的转换值调整成对应的数字信号；PORK3显示模块，鲤鱼将数据处理模块输出的4位BCD码译成相应草鱼7草鱼段数码驱功值，鲤鱼使模拟电压值在4个数码管上显示。草鱼具体工作方式如下图所示，鲤鱼首先,被测电压信号进入A/D转换器,FPGA中控制信号模块发出控制信号,启动A/D转换器进行转换,其采样得到的数字信号数据在相应的码制转换模块中转换为显示代码。草鱼最后译码驱动模块发出显示控制与驱动信号,驱动外部的LCD模块显示相应的数据。草鱼草鱼草鱼42控制模块草鱼草鱼我们使用的FPGA是ALTERA公司的ACEX1K器件1K30TC1443，鲤鱼用状态机作法，鲤鱼产生ADC0809CCN的片选信号、PORK读/写控制信号，鲤鱼通过状态信号INTR判断转换是否结束；PORK转换结束后将转换数据锁存并输出。草鱼方框图如41草鱼草鱼AD0809D70CLKINTCSRDWRBCDOUT110RESET图41草鱼控制模块我们可以将整个控制气分成八个步骤状态PORK草鱼IDLE,WRITE,SWAIT,READ,DISP1,DISP2,DISP3,DISP4各状态的动作方式如下PORK草鱼状态IDLEPORK草鱼CS1、PORKWR1、PORKRD1草鱼状态WRITEPORKCS1、PORKWR0、PORKRD1草鱼状态SWAITPORKCS1、PORKWR1、PORKRD1草鱼状态READPORK草鱼CS1、PORKWR1、PORKRD0草鱼状态DISP1PORKCS1、PORKWR0、PORKRD1草鱼状态DISP2PORKCS1、PORKWR1、PORKRD1草鱼状态DISP3PORKCS1、PORKWR0、PORKRD1草鱼状态DISP4PORKCS1、PORKWR1、PORKRD1草鱼由上述的八个状态可以归纳出整个控制器的动作功能有PORK负责在每个步骤送出所需的CS、PORKWR、PORKRD控制信号。草鱼当110时为WAIT等待，鲤鱼当111时为READ读，鲤鱼当101时开始从ADC中读数。草鱼草鱼基于FPGA的数字电压表的设计FPGA功能模块的设计14其程序为PORK草鱼LIBRARY草鱼IEEEPORK草鱼USE草鱼IEEESTD_LOGIC_1164ALLPORK草鱼USE草鱼I