【文章內(nèi)容簡介】 能模塊，最后將各功能模塊連接形成頂層模塊，完成系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計[6]。，其硬件包括三個部分。該硬件電路包括 ADC080數(shù)字處理電路、數(shù)據(jù)顯示電路。其中最主要的部分就是數(shù)據(jù)處理電路部分它是整個系統(tǒng)的核心。它由對ADC0809的控制電路、分頻電路、加法電路、減法電路，計數(shù)器、存儲器等組成。所以我們應(yīng)該首先了解ADC0809的控制電路[7]。ADC0809數(shù) 據(jù)處 理模 塊3位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出H數(shù)據(jù)輸出M數(shù)據(jù)輸出LLCKSTARTADDAOEEOCALE模數(shù)信號輸入圖4 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 FPGA功能模塊的設(shè)計系統(tǒng)的核心電路由FPGA完成，此設(shè)計用VHDL語言對它進行設(shè)計，實現(xiàn)三大功能模塊[68]：轉(zhuǎn)換控制模塊：激活A/D轉(zhuǎn)換器動作，接收A/D轉(zhuǎn)換器傳遞過來的數(shù)字轉(zhuǎn)換值。數(shù)據(jù)處理模塊：將從ADC0809接收到的轉(zhuǎn)換數(shù)值調(diào)整成對應(yīng)的數(shù)字信號，并輸出相應(yīng)的BCD碼。顯示模塊：產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)碼管的片選信號，并將數(shù)值處理模塊輸出的BCD碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的7段數(shù)碼驅(qū)動值，送到相對應(yīng)的LED數(shù)碼管進行數(shù)據(jù)顯示。 轉(zhuǎn)換控制模塊 轉(zhuǎn)換模塊的工作原理本模塊完成ADC0809的初始化、A/D轉(zhuǎn)換的啟動、地址鎖存、通道選擇、狀態(tài)讀取及數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)鎖存等功能。此模塊的軟件設(shè)計主要采用VHDL的多進程狀態(tài)機完成。st0st4st2st1St3對ADC0809初始化啟動A/D轉(zhuǎn)換采樣周期中等待EOC=0正在轉(zhuǎn)換EOC=1轉(zhuǎn)換結(jié)束OE=1數(shù)據(jù)輸出有效LOCK：01鎖存轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)圖5控制ADC0809采樣狀態(tài)圖工作時序如下： 上電瞬問，F(xiàn)PGA被初始化，ADDA被置成1，狀態(tài)機處于第1個狀態(tài)（st0），此時各控制信號狀態(tài)為ALE=0，START=0，OE=0，LOCK=0，ADC0809被初始化。 第1個上升沿到來時，狀態(tài)機由第1個狀態(tài)(st0)轉(zhuǎn)換到第2個狀態(tài)(st1)，此時各控制信號狀態(tài)為ALE=1，START=1，OE=0，LOCK=0，此時地址鎖存信號有效，ALE將驅(qū)動鎖存器把ADDA的1狀態(tài)信息鎖存到地址鎖存器并譯碼，系統(tǒng)選擇IN1即通道1作為模擬信號的輸入通道，同時STRAT信號有效，啟動A/D轉(zhuǎn)換采樣。 第2個上升沿到來時，狀態(tài)機由第2個狀態(tài)(st1)轉(zhuǎn)換到第3個狀態(tài)(st2)，此時各控制信號狀態(tài)為ALE=0，START=0，OE=0，LOCK=0，此時如果EOC信號狀態(tài)被檢測到由低電平變成高電平(即A/D轉(zhuǎn)換完成)，則當下個時鐘上升沿到來時，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換到第4個狀態(tài)(st3)，否則將繼續(xù)保持在第3個狀態(tài)(st2)，直到轉(zhuǎn)換完成。由第3個狀態(tài)(st2)轉(zhuǎn)換到第4個狀態(tài)(st3)后，OE被置高電平，允許轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出，其余信號狀態(tài)保持不變。 第3個時鐘上升沿到來時，狀態(tài)機將由第4個狀態(tài)(st3)轉(zhuǎn)換到第五個狀態(tài)5(st4)，LOCK被置成高電平，其余信號與第4個狀態(tài)(st3)保持一樣。當LOCK由低電平轉(zhuǎn)換到高電平的瞬問，穩(wěn)定的數(shù)據(jù)將被鎖存到鎖存器中。 第4個上升沿到來時，狀態(tài)機將返回到第1個狀態(tài)(st0)?？刂破髟跁r鐘信號控制下完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了對ADC0809轉(zhuǎn)換器的控制。，程序含三個進程： 一、REG進程是時序進程，它在時鐘信號CLK的驅(qū)動下，next_state中的內(nèi)容將不斷地被賦給current_state，并由信號狀態(tài)變量傳輸給組合進程COM。 二、組合進程COM有兩個主要功能： 狀態(tài)譯碼器功能，即根據(jù)狀態(tài)變量來自current_state信號，以及狀態(tài)線信號EOC來自ADC0809，決定下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移方向，即確定次態(tài)的狀態(tài)變量。 采樣控制功能，即ADC0809的控制信號線ALE、START、OE等輸出相應(yīng)的控制信號根據(jù)current_state中的狀態(tài)變量。 三、數(shù)據(jù)鎖存進程LATCH1，采樣結(jié)束后將由LOCK向鎖存器件進程LATCH1發(fā)出鎖存信號，以便將由ADC0809的D[7..0]數(shù)據(jù)輸出口輸出的8位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)鎖存起來[19]。FPGA/CPLD狀態(tài)機FSMPROCESSREG時序進程PROCESSCOM組合進程PROCESSLATCH1鎖存器ADC0809 ALE START OE ADDA EOC D[7..0]current_stateNext_stateLOCKQ[7..0]CLK模擬信號輸入clk=750KHz圖6 采樣狀態(tài)機結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)換模塊元件例化全程編譯：編譯前首先選擇Processing菜單的Start Compilation項，啟動全程編譯。 在完全編譯情況下，Quartus II進行4項工作：Analysis amp。 Synthesis、Fitter、Assembler、和 Timing Analysis，并給出相映的信息報告，還可以通過選擇Start單獨運行這四個模塊。如果有錯誤產(chǎn)生，可在工程管理器窗口下方的錯誤信息報告欄里雙擊某一錯誤信息，在程序中確定錯誤位置，對其進行修改，然后重新保存、編譯，直到成功為止[10]。 圖7 完全編譯后出現(xiàn)報錯信息 包裝元件入庫 選擇菜單File→Creat/Update→Creat Symbol Files For Current File選項。此時即將當前文件變成了一個包裝好的單一元件，并被放置在工程路徑指定的目錄中以備后用。 圖8 包裝元件入庫 轉(zhuǎn)換模塊元件例化符號 圖9 轉(zhuǎn)換控制模塊元件符號 轉(zhuǎn)換控制模塊仿真用狀態(tài)機作法，產(chǎn)生ADC0809的轉(zhuǎn)換啟動控制信號、模擬信號輸入選通端口地址鎖存信號、狀態(tài)信號、輸出信號，通過狀態(tài)信號EOC判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；轉(zhuǎn)換結(jié)束后將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)00000100鎖存并輸出，仿真結(jié)果正確。圖10 轉(zhuǎn)換控制模塊仿真波形圖 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊的工作原理 本設(shè)計采用5V參考電壓，測量范圍為0～5V，由于轉(zhuǎn)換器件為8位，它的輸出狀態(tài)共有28=256種，則每兩個狀態(tài)值為5/(2561)，這代表ADC0809所能轉(zhuǎn)換的最小電壓值。 常用的測量方法為：當讀取到數(shù)據(jù)線DB7～DB0轉(zhuǎn)換值是XXH時，電壓測量值為U≈XXH；由于使用乘法計算處理對應(yīng)的電壓值將會耗用大量的FPGA內(nèi)部組件資源，本設(shè)計采用查表命令的方式來得到正確的電壓數(shù)值。因此待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)與實際電壓值對應(yīng)關(guān)系見表1：參考電壓進制高四位電壓/V低四位電壓/V十六進制二進制0 000010001............70111 81000............ E1110 F1111表1 待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)與實際電壓值對應(yīng)表