【正文】 1 廣西工學(xué)院 課程設(shè)計任務(wù)書 課題名稱 數(shù)字電壓表設(shè)計 系 別 信息與計算科學(xué)系 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 韋艷霞 教研室主任 李政林 系 主 任 李棟龍 2020 年 9 月 13 日 2 基于 FPGA 的數(shù)字電壓表的設(shè)計 目錄 摘 要 電子設(shè)計自動化 (electronic design automation,EDA)是近幾年迅速發(fā)展起來的將計算機軟件、硬件、微電子技術(shù)交叉運用的現(xiàn)代電子設(shè)計 技術(shù) 。其中 EDA設(shè)計語言中的 VHDL 語言是一種快速的電路設(shè)計工具，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 內(nèi)容 。本電壓表的電路設(shè)計正是用 VHDL 語言完成的。此次設(shè)計主要應(yīng)用的軟件是美國 ALTERA 公司自行設(shè)計的一種 CAE 軟件工具，即 MAX+PLUS Ⅱ 。本次所設(shè)計的電壓表的測量范圍是 0～ 5V，精度為 。此電壓表的設(shè)計特點為：通過軟件編程下載到硬件實現(xiàn) ,設(shè)計周期短 ,開發(fā)效率高。 關(guān)鍵詞 ： 電子設(shè)計自動化 (EDA)； FPGA； VHDL； A/D 采集；數(shù)字電壓表 Abstract The design of digital system is being faster, bulkier ,smaller and lighter than before. Electronic design automation is in the last few years quickly develop, it makes use of software , hardware ,microelectronics technology to form a course of electronic design. Among them , the VHDL language of EDA is a kind of tool of fast circuit design , the function covered the circuit describe , the circuit synthesize , the circuit imitate the true etc . The circuit of the design that use VHDL language to 3 plete . The this time design is primarily the applied software is MAX PLUS Ⅱ which is made by the United States ALTERA system’s range is 5v to +5v and precision is of this electric voltage watch is :Pass the software program to download the hardware o realize , design the period is short ,development the efficiency is high. Key words: Electronic Design Automation (EDA)。FPGA。VHDL。A/D Acquisition digital voltage 一、 緒 論 研究目的及意義 數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡稱 DVM， 是大學(xué)物理教學(xué)和實驗中的重要儀表，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)的實驗用模擬電壓表功能單一、精 度低、體積大，且存在讀數(shù)時的視差，長時間連續(xù)使用易引起視覺疲勞，使用中存在諸多不便。而目前數(shù)字萬用表的內(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)計簡單、精確度高，但是這種設(shè)計方法由于采用了 ASIC 器件使得它欠缺靈活性，其系統(tǒng)功能固定，難以更新擴展。后來發(fā)展起來的用微處理器 (單片機 )控制通用 A/D 轉(zhuǎn)換器件的數(shù)字電壓表的設(shè)計的靈活性明顯提高，系統(tǒng)功能的擴展變得簡單，但是由于微處理器的引腳數(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)汁自動化 )技術(shù)及 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列 )，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言通俗易懂、系統(tǒng)功能擴展非常方便。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 4 和通用 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表。 本設(shè)計的 A/D 轉(zhuǎn)換器件選用 ADC0809 對模擬電壓采樣，以一片高性能 FPGA芯片為控 制核心，以軟件實現(xiàn)了諸多硬件功能，對電壓信號的轉(zhuǎn)換結(jié)果進行準(zhǔn)確實時的運算處理并送出顯示。系統(tǒng)的主要功能都集成在一塊芯片上，大大減少了系統(tǒng)的分立元件數(shù)量，降低了功耗，增加了可靠性，較好地實現(xiàn)了電壓的精準(zhǔn)測量。 二 、設(shè)計要求 設(shè)計一個數(shù)字電壓表，利用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，將連續(xù)的模擬電信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字電信號，并加以顯示，要求其量程為 05V，分辨率約為 ，三位數(shù)碼管顯示，其中一位為整數(shù)，兩位為小數(shù)，能正確顯示小數(shù)點。 三 、設(shè)計過程 1．?dāng)?shù)字電壓表的基本原理 數(shù)字電壓表整體設(shè)計框圖，如圖 所示， 數(shù)字電壓表系統(tǒng)由 A/D 轉(zhuǎn)換控制模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、動態(tài)掃描與譯碼模塊三部分構(gòu)成。 A/D 轉(zhuǎn)換控制模塊控制外部 A/D 轉(zhuǎn)換器，動態(tài)掃描與譯碼模塊向外部數(shù)碼管顯示電路輸出數(shù)據(jù)。 A/D 轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)采集模擬電壓，轉(zhuǎn)換成 8 位數(shù)字信號送入 FPGA 的 A/D 轉(zhuǎn)換控制模塊，