【文章內容簡介】 態(tài)轉換到下降狀態(tài)。LATCH進程以LOCK為敏感信號，在LOCK的上升沿鎖存ADC0804的輸出值。11如圖38 狀態(tài)機進程圖實驗程序開始之前，A/D轉換器處于重啟狀態(tài)即RST=1，以使A/D轉換器處于初始狀態(tài)，當RST=0時A/D轉換器進入S0狀態(tài)。核心程序如下：StateChange:Block Signal GeneratorBegin PROCESS(CP,RST) BEGIN IF RST=39。139。Then Reset State nCS=39。139。 nWR=39。139。 nRD=39。139。 EC=39。039。 State=S0。END IF；對S0,S1,S2,S3四個狀態(tài)作具體的分析如下：S0：由FPGA發(fā)出信號通知模擬/數字的轉換開始，處于寫入模擬信號狀態(tài)，并且由S0狀態(tài)進入S1狀態(tài)，核心程序如下：WHEN S0= nCS=39。039。 nWR=39。039。 nRD=39。139。 EC=39。039。 State=S1。12S1：ADC0804進行轉換時INTR由高電位轉至低電位，等待轉換結束；當轉換完成后，INTR將低電平變?yōu)楦唠娖?，并且由S1狀態(tài)進入S2狀態(tài)，核心程序為：when S1= nCS=‘1’； nWR=‘1’； nRD=‘1’； EC=‘0’； if nIN=‘0’then State=S2； End if；S2：由FPGA發(fā)出信號讀取ADC0804的轉換數據結果輸出，處于讀取數字信號狀態(tài)，并且由S2狀態(tài)進入S3狀態(tài)，核心程序為：when S2= nCS=‘0’； nWR=‘1’； nRD=‘0’； EC=‘1’； State=S3；S3：由FPGA讀取DB0DB7上的數字信號，讀取結束后停止A/D轉換器，并且由S3狀態(tài)返回S0狀態(tài)，核心程序為：when S3= nCS=‘1’； nWR=‘1’； nRD=‘1’； EC=‘0’； State=S0； when others= State=S0；3．2．4進制轉換模塊通過模數轉換模[8]塊處理后被送入FPGA器件中的數據均為二進制的數字量, 如果要想通過數碼管顯示所測溫度的值，我們必須把二進制數字量轉化為十進制的數字量。這樣13才能通過動態(tài)掃描模塊和數碼顯示模塊，從而將所測溫度的值在8位七段數碼管上準確的顯示出來。VHDL核心程序如下：Conversion:Block Signal V:Std_Logic_Vector(8 downto 0)。 A/D Conversion Data Signal T:Std_Logic_Vector(7 downto 0)。 Begin V=(D amp。 39。039。) 100010001。 (2) T=V(7 downto 0)。 (3) Temp=T。 (4) Value = 000000000000 When T = 0 Else 000000000001 When T = 1 Else 000000000010 When T = 2 Else 000000000011 When T = 3 Else …… 000010011000 When T = 98 Else 000010011001 When T = 99 Else 000100000000。 100End Block Conversion。其中，程序（2）將讀取到的ADC0804的數字轉換值乘以2的用意是將該位左移一位，然后減去273(100010001)2。由于所測溫度范圍0℃～100℃,它們的十六進制是0～64H，只要較低的8位就可以表示了，而且通過減去273之后，最高位一定是0。所以，在程序（3）只取后面的8位。在程序（4）模塊中利用的是查表的方法，把相減的結果，轉換成對應的12位BCD碼，供以后的7段顯示器掃描電路使用。3．2．5動態(tài)掃描模塊動態(tài)掃描[9]就是利用人眼視覺暫留的現象，只要掃描信號頻率大于或者等于24 Hz時，人眼就不會感覺到顯示器的閃爍。該設計系統24Hz的掃描脈沖由相應的外圍電路提供。在本設計中采用八進制計數器提供同步脈沖，因為動態(tài)掃描電路設計的位選信號必須要與顯示的數據在時序上一一對應，這就要求電路中必須提供同步脈沖信號。顯示電路的作用是完成BCD碼到7段顯示器段碼的譯碼，然后傳送到顯示器。在此要求3個顯示器輪流點亮，由于要求掃描顯示的速度必須與數據選擇器同步，所以需要一個計數器提供二者的掃描信號。應用VHDL語言設計的顯示電路如圖39所示，主要包括數據選擇器、BCD譯碼電路、可逆計數器、掃描譯碼4個部分。14圖39 顯示電路的結構數據選擇器和掃描譯碼電路的核心VHDL程序如下：Free_Counter:Block Signal Q :STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)。BeginPROCESS(CP)Begin IF CP39。Event AND CP=39。139。then Q=Q+1。 END IF。 END PROCESS。ST=Q(15 DOWNTO 14)。 SELOUT=010WHEN ST=0 ELSE 001WHEN ST=1 ELSE 000WHEN ST=2 ELSE 111。SEL=110WHEN ST=0 ELSE 101WHEN ST=1 ELSE 011WHEN ST=2 ELSE 111。END Block Free_Counter。SELECT_BCD:BlockBEGIN NUM= VALUE(3 DOWNTO 0)WHEN ST=0 ELSE VALUE(7 DOWNTO 4)WHEN ST=1 ELSE15 VALUE(11 DOWNTO 8)。End Block SELECT_BCD。在上述程序中， ST是可逆計數器的計數值（范圍0～2）；VALUE是數據緩存器（包含3組BCD碼）。兩部分電路的驅動基于同一個計數值，工作時是完全同步的。3．3系統綜合將以上各模塊加以綜合，可以得出該數字溫度表整體，清晰的設計思路如下：AD590傳感器在加＋5V電壓時產生電流，此電流通過10KΩ電阻接地，在其電阻兩端產生一個電壓，經過放大器4558放大后，模擬信號送入ADC0804中進行A/D轉換，由CPLD控制信號控制ADC0804轉換后將數字信號輸入FPGA芯片中，經過S0（啟動轉換CS=0,RD=0，WR＝0）；S1（等待轉換結束，即等待INTR由低電平變?yōu)楦唠娖剑?；S2 （A/D轉換結果輸出）；S3（停止A/D）四個狀態(tài)后，FPGA運算讀取的二進制數值計算出十進制數值，控制系統編碼ST分段顯示出所測量的數字溫度值，從而讀取測量溫度值。該數字溫度測量系統的整體電路原理圖如圖310所示。圖310 數字溫度測量系統原理圖164．系統的仿真分析及器件下載[10] 4．1系統的仿真分析該數字溫度測量系統采用的編譯軟件為:ALTERA公司的QuartusⅡ。將上述五個設計模塊的程序綜合成的總程序經過QuartusⅡ軟件編譯以后,得到的總模塊圖如圖41所示。圖41 系統總程序模塊圖系統的程序編譯好后,通過QuartusⅡ軟件的波形編輯器(Ｗaveform Editor)進行波形仿真,通過仿真可以檢驗設計的邏輯關系是否準確，而且能夠更清楚的看到結果，在這里先將數字溫控系統的顯示譯碼電路省略，直接仿真A/D轉換器輸出的結果，連接編譯完成后，進行波形仿真，波形圖如圖42所示。17圖42 A/D轉換器的控制狀態(tài)波形圖由圖42可以看出，當CP處于第二個上升沿時，由S0狀態(tài)進入S1狀態(tài)；當CP處于第三個上升沿時，由S1狀態(tài)進入S2狀態(tài)；當CP處于第四個上升沿時，由S2狀態(tài)進入S3狀態(tài)；當CP處于第五個上升沿時，由S3狀態(tài)返回S0狀態(tài)，符合系統設計要求。將數字溫控系統的顯示譯碼部分去掉，直接顯示FPGA輸出的結果，連接編譯完成后，進行波形仿真，波形圖如圖43所示。圖43 FPGA的二進制輸出仿真圖圖43中Din的二進制值即為A/D轉換器數字信號的輸出量，將此值帶入公式中取低八位數據可得：T＝（10100100）2－（100010001）＝（00110111），換算成十進制數據為55；Value即為十進制查表后所賦予的值，（000001010101）在七段顯示器上顯示的值為18055，即溫度為55℃；可以看到計算后結果一致，且與設計理念相符，至此波形仿真成功。4．2系統的器件下載系統所使用的芯片為Altera公司的FLEX10K系列[11]的EPF10K10LC844。運用QuartusⅡ軟件的管腳（底層）編輯窗口(Floorplan Editor)進行管腳的分配，管腳分配分為手動和自動分配，為了便于配置，現采用手動分配引腳，作用是將已設計好邏輯電路的輸入輸出節(jié)點賦予實際芯片的引腳。通過鼠標的拖拉，方便的定義管腳的功能。分配完成后，進行FPGA下載，將實驗箱與電腦主機相連，下載。按照手動分配的引腳進行連接，將輸入連接到按鍵開關上，連接完畢，進行系統運行。此時，七位數碼管上會有相應的輸出值顯示。通過給其不同的高低電平改變數據的不同位數，最終得到的結果與波形仿真的結果相同，完成實驗題目。195. 結論本設計采用FPGA器件做主控芯片，利用AD590溫度傳感器采集溫度信號，經信號處理和模數轉換，送入FPGA器件中進行數據處理，最后通過LED顯示溫度的數值，以達到溫度測量的目的。該數字溫度表克服了傳統的基于單片機的數字溫度表的諸多缺點，其具有結構簡單、抗干擾能力強、可靠性高、速度快、功耗小、外圍電路少、反應時間短等優(yōu)點。而且FPGA器件采