【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 YSSTART和存儲(chǔ)模塊反饋信號(hào)FLAG的變化。當(dāng)RESET變?yōu)楦唠娖?RESET=‘1’)時(shí)，先對(duì)控制模塊內(nèi)的變量進(jìn)行復(fù)位，然后輸出RESETOUT脈沖信號(hào)，對(duì)其它模塊進(jìn)行復(fù)位操作。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始測(cè)量脈沖信號(hào)SYSSTART來(lái)臨(SYSSTART39。EVENT ANDSYSSTART=‘139。)且脈沖寬度滿足條件時(shí)，控制模塊先檢查是否處于系統(tǒng)復(fù)位期間(RESET=‘139。)，若不是，則輸出測(cè)量開(kāi)始脈沖信號(hào)STARTCUNCHU、當(dāng)要結(jié)束正在進(jìn)行的測(cè)量，開(kāi)始另外一次新的測(cè)量時(shí)，需要給控制模塊施加系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，然后再施加開(kāi)始測(cè)量脈沖信號(hào)STARTCUNCHU，開(kāi)始新一輪測(cè)量，同時(shí)送到存儲(chǔ)模塊，以使存儲(chǔ)模塊能夠再次輸出反饋信號(hào)FLAG。這樣系統(tǒng)只需在開(kāi)始施加一次測(cè)量開(kāi)始脈沖信號(hào)SARTCUNCHU，以后在無(wú)須施加，從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)不間斷的測(cè)量。 計(jì)數(shù)模塊 [7][15]計(jì)數(shù)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，測(cè)量的主要工作由它來(lái)完成，它通過(guò)計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量，其模塊圖如圖33所示: COUNTERRESET OUTENCLK TKEEP1[3..0] TKEEP2[3..0] CHECLK TKEEP3[3..0]圖33 計(jì)數(shù)模塊的模塊圖 模塊輸入、輸出由圖33可知，計(jì)數(shù)模塊的輸入模塊信號(hào)有:CHECLK:為被測(cè)的信號(hào)。其電壓幅度為05v,CLK:為基準(zhǔn)時(shí)鐘，與前面兩個(gè)模塊一樣，有外加的晶振提供。RESET:為計(jì)數(shù)脈沖的輸入復(fù)位信號(hào)。RESETOUT：主要用于對(duì)計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行復(fù)位操作，清除計(jì)數(shù)結(jié)果，保證系統(tǒng)在連續(xù)不間斷測(cè)量的正確性。輸出信號(hào):TKEEP：為計(jì)數(shù)模塊的測(cè)量結(jié)果輸出信號(hào)。它由模塊復(fù)位信號(hào)RESET復(fù)位清零，在送到存儲(chǔ)模塊后，由存儲(chǔ)模塊送顯示模塊顯示。OUTEN:為計(jì)數(shù)模塊的輸出使能信號(hào)。其主要用途是通知存儲(chǔ)模塊可以讀取測(cè)量結(jié)果輸出信號(hào)TKEEP上的值。只有當(dāng)測(cè)量結(jié)果輸出信號(hào)TKEEP上的結(jié)果正確、穩(wěn)定后，計(jì)數(shù)模塊才輸出使能信號(hào)OUTEN (OUTEN=‘1’)，讓存儲(chǔ)模塊讀取測(cè)量結(jié)果，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_。輸出使能信號(hào)OUTEN由每次測(cè)量前的復(fù)位信號(hào)RESET復(fù)位清零。 模塊流程其流程如圖34所示:開(kāi) 始Reset=’1’?輸出使能信號(hào)outen=’1’輸出計(jì)數(shù)結(jié)果模 塊 復(fù) 位圖34 計(jì)數(shù)模塊流程圖 存儲(chǔ)模塊 [7]存儲(chǔ)模塊主要是對(duì)計(jì)數(shù)模塊輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，因此存儲(chǔ)模塊是一個(gè)必要的模塊。其模塊圖如圖35所示: IICCONTROL CLKSTARTSTOP FLAGWREN SDA RDEN SCLIIDATAIN1[3..0]IIDATAIN2[3..0]IIDATAIN3[3..0]圖35存儲(chǔ)模塊的模塊圖 模塊翰入、輸出由圖35可知，存儲(chǔ)模塊的輸入信號(hào)有:IIDATAIN:為存儲(chǔ)模塊輸入的測(cè)量結(jié)果信號(hào)。WREN:為存儲(chǔ)模塊寫(xiě)入的使能信號(hào)。RDEN:為存儲(chǔ)模塊的讀出使能信號(hào)，它來(lái)源于計(jì)數(shù)模塊輸出的輸出使能信號(hào)OUTEN:主要用于控制模塊內(nèi)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)傳送到IIC器件。START:為存儲(chǔ)模塊輸入的系統(tǒng)開(kāi)始信號(hào)，它來(lái)源于控制模塊輸出的輸出脈沖信號(hào)。STOP:為存儲(chǔ)模塊輸入的系統(tǒng)停止信號(hào)，它來(lái)自于控制模塊輸出的信號(hào)STOP。輸出信號(hào)有:SDA:為存儲(chǔ)模塊輸出的IIC總線信號(hào)，它將被送到EEPROM器件。SCL:為存儲(chǔ)模塊輸出的IIC總線信號(hào)，它將被送到EEPROM器件。FLAG:為存儲(chǔ)模塊輸出的標(biāo)志信號(hào)，它標(biāo)志著存儲(chǔ)模塊已經(jīng)存儲(chǔ)完畢，可以進(jìn)行下一輪的存儲(chǔ)。標(biāo)志信號(hào)被送到控制模塊后，將使控制模塊開(kāi)始新的一輪存儲(chǔ)。 模塊流程存儲(chǔ)模塊首先檢測(cè)模塊的系統(tǒng)開(kāi)始信號(hào)START是否為高電平，若是則檢測(cè)寫(xiě)入使能信號(hào)WREN，當(dāng)使能信號(hào)WREN到來(lái)時(shí)，意味著模塊輸入的結(jié)果信號(hào)IIDATAIN上的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，模塊才開(kāi)始從IIDATAIN上讀取數(shù)據(jù)，保證了測(cè)量結(jié)果讀取的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)讀取后將儲(chǔ)存到內(nèi)部。再檢測(cè)讀出使能信號(hào)RDEN，當(dāng)使能信號(hào)RDEN到來(lái)時(shí)，意味著數(shù)據(jù)將要送到EEPROM器件，然后模擬II總線的起始信號(hào)，開(kāi)始存儲(chǔ)4位數(shù)據(jù)的最高位，依次左移，直到4位傳送完畢，然后發(fā)應(yīng)答信號(hào)，然后模擬IIC總線的終止信號(hào)，停止一個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)，同時(shí)開(kāi)始下一字節(jié)的存儲(chǔ)。當(dāng)STOP到來(lái)時(shí)，存儲(chǔ)模塊停止工作，發(fā)出反饋信號(hào)FLAG，準(zhǔn)備下一次的存儲(chǔ)。 開(kāi) 始Star=’1?Wren=’1?數(shù) 據(jù) 輸 入Rden=’1?模 擬 IC總 線起 始 信 號(hào)存 儲(chǔ) 一 個(gè) 字 節(jié)的 數(shù) 據(jù)模 擬 總 線終 止 信 號(hào)停 止 存 儲(chǔ)發(fā) 應(yīng) 答 信 號(hào)stop=’1? 顯示模塊 [7]顯示模塊主要用于測(cè)量結(jié)果的數(shù)碼管顯示。模塊從存儲(chǔ)模塊接受測(cè)量的結(jié)果，輸出共陰極數(shù)碼管顯示所需的控制信號(hào)。其模塊圖如圖37所示: DISPLAY1DATA1[3..0] GATE1DATA1[3..0] GATE2DATA1[3..0] GATE3SYSSTART IGITOUT[6..0]CLKDISP 圖37 顯示模塊模塊圖 模塊輸入、輸出由圖37可知，顯示模塊的輸入信號(hào)有:CLKDISP: 為顯示模塊輸入的基準(zhǔn)時(shí)鐘。與前面的模塊一樣，由外加晶振所提供。CLKDISP：經(jīng)分頻后，生成頻率為100K的時(shí)鐘，主要用于數(shù)碼管的循環(huán)顯示。SYSRESET:為顯示輸入的復(fù)位信號(hào)，它來(lái)自于控制模塊輸出的復(fù)位脈沖信號(hào)RESETOUT.DATA:為顯示模塊輸入的測(cè)量結(jié)果信號(hào)(二進(jìn)制表示)，它來(lái)自于計(jì)數(shù)模塊輸出的測(cè)量結(jié)果信號(hào)TKEEP。顯示模塊將對(duì)測(cè)量結(jié)果用數(shù)碼管適時(shí)顯示出來(lái)。輸出信號(hào)有:GATE 1GATE3:為顯示輸出的各個(gè)數(shù)碼管選通信號(hào)，GATE 1為個(gè)位數(shù)碼管的選通信號(hào)，GATE2為十位數(shù)碼管的選通信號(hào)，GATE3為百位數(shù)碼管的選通信號(hào)，也就是說(shuō)最大顯示數(shù)據(jù)為999。DIGITOUT:為顯示模塊輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，它的信號(hào)寬度為7位，分別對(duì)應(yīng)于數(shù)碼管的7個(gè)顯示段。信號(hào)高電平表示點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的顯示段，低電平表示關(guān)閉對(duì)應(yīng)的顯示段，從而顯示正確的測(cè)量結(jié)果。 模塊流程顯示模塊首先從顯示模塊輸入的測(cè)量結(jié)果信號(hào)DATAOUT上得到的用二進(jìn)制表示的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為用BCD碼表示，以便下一步用數(shù)碼管顯示。顯示模塊在顯示測(cè)量結(jié)果前先檢測(cè)模塊的復(fù)位信號(hào)SYSRST是否為高電平(SYSRST=‘139。)，若是，則對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行復(fù)位操作。否則對(duì)輸入的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示。模塊首先測(cè)量結(jié)果的個(gè)數(shù)位(即選通位信號(hào)GATE1=‘139。)。模塊在顯示測(cè)量結(jié)果的各個(gè)數(shù)字時(shí)采用的相同的方法:即在時(shí)鐘作用下，第一次根據(jù)DIGITOUT決定是否點(diǎn)亮數(shù)碼管的第一個(gè)顯示段。第二次根據(jù)職GITOUT是否點(diǎn)亮數(shù)碼管的第一第二個(gè)顯示段。以次類(lèi)推，第七次根據(jù)DIGITOUT決定是否點(diǎn)亮數(shù)碼管的一、二、三、四、五、六、七個(gè)顯示段。從而顯示整個(gè)數(shù)字。顯示完個(gè)數(shù)位后，模塊接著顯示十位數(shù)、百位數(shù)。模塊接著反過(guò)來(lái)顯示個(gè)數(shù)位。從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的循環(huán)顯示。 開(kāi) 始sysreset=’1’?根據(jù) digitout 決定是否點(diǎn)亮數(shù)碼管的第一個(gè)數(shù)碼段相同的方法現(xiàn)實(shí)十位、百位個(gè) 位 數(shù) 顯 示 完 畢根據(jù) digitout 決定是否點(diǎn)亮數(shù)碼管的第一、二個(gè)數(shù)碼段開(kāi)始顯示測(cè)量結(jié)果的個(gè)數(shù)位 gate1=’1’二進(jìn)制表示的結(jié)果信號(hào)binput 轉(zhuǎn)換成 BCD 碼表示 圖38 顯示模塊流程圖 抄表器模塊構(gòu)成將抄表器系統(tǒng)的四個(gè)模塊:控制模塊、計(jì)數(shù)模塊、存儲(chǔ)模塊和顯示模塊按照其相互間的信號(hào)連接關(guān)系組合起來(lái)就構(gòu)成了整個(gè)抄表器。、輸出系統(tǒng)的輸入信號(hào)有:CLK:為系統(tǒng)輸入的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，它將同時(shí)作用于系統(tǒng)的四個(gè)分離模塊。CHECLK:為系統(tǒng)輸入的被測(cè)信號(hào)，作用于計(jì)數(shù)模塊的被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)CHECLK。RESET:為系統(tǒng)輸入的復(fù)位信號(hào)(高電平有效)，作用于控制模塊的復(fù)位信號(hào)RESETSYSSTART:為系統(tǒng)輸入的開(kāi)始測(cè)量脈沖信號(hào)，作用于控制模塊的開(kāi)始測(cè)量脈沖信號(hào)SYSSTART輸出信號(hào)有:GATE 1GATE3:為系統(tǒng)輸出的各個(gè)數(shù)碼管選通信號(hào)(低電平有效)，即顯示模塊輸出信號(hào)，各個(gè)數(shù)碼管選通信號(hào)GATE 1GATESDIGITOUT:為系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，用于顯示。SDA: 為系統(tǒng)輸出的IIC總線信號(hào)，用于存儲(chǔ)SCL: 為系統(tǒng)輸出的IIC總線信號(hào)，用于存儲(chǔ) 抄表器系統(tǒng)說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)有四個(gè)輸入信號(hào)，分別為系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CLK、被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)CHECLK,系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RESET和開(kāi)始測(cè)量脈沖信號(hào)SYSSTART。其中CLK為整個(gè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)時(shí)鐘，整個(gè)系統(tǒng)的工作都是以它為基準(zhǔn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由外加晶振提供:CHECLK為被測(cè)的外部信號(hào):RESET作為系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)，用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位工作，一般在開(kāi)始一次新的測(cè)量之前，都需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次復(fù)位操作。SYSSTART用于通知系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量，并輸出測(cè)量結(jié)果。抄表器的輸出信號(hào)GATE1GATE3為數(shù)碼管的顯示控制信號(hào)，DIGITOUT為數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)信號(hào)。系統(tǒng)在接受到開(kāi)始測(cè)量脈沖信號(hào)SYSSTART，開(kāi)始測(cè)量，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)有計(jì)數(shù)到999時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)復(fù)位為0，同時(shí)往存儲(chǔ)模塊輸出數(shù)據(jù)‘139。，顯示模塊控制信號(hào)GATE1= ‘1’，顯示個(gè)數(shù)位的數(shù)碼管點(diǎn)亮，顯示數(shù)據(jù)‘1’，當(dāng)再有1000個(gè)脈沖時(shí)，顯示‘239。，依次進(jìn)位，完成抄表器的計(jì)量功能，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示，完成抄表的功能。系統(tǒng)連續(xù)不間斷的測(cè)量，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。[14] 4. 水表抄表器程序模塊的VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì) VHDL語(yǔ)言的描述方式 [1][9]VHDL語(yǔ)言的描述共有三種構(gòu)造體描述方式:行為描述方式、寄存器傳輸描述方式、結(jié)構(gòu)化描述方式。行為描述方式是對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的描述，其抽象程度比寄存器傳輸方式和結(jié)構(gòu)化描述方式的程度更高。在行為描述方式的程序大量采用算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、慣性延時(shí)、傳輸延時(shí)等難以進(jìn)行邏輯綜合和不能進(jìn)行邏輯綜合的VHDL語(yǔ)句。RTL描述方式是一種明確規(guī)定寄存器描述的方法。由于受邏輯綜合的限制，采用RTL描述方式時(shí)，所用的VHDL語(yǔ)言的語(yǔ)句有一定的限制。在RTL描述方式上、可以采用寄存器硬件的一一對(duì)應(yīng)的直接描述，也可以采用寄存器之間的功能描述。從編程效率和編程難度上來(lái)看，采用第二種方法的功能描述較好。但從控制的準(zhǔn)確度和連貫性考慮，用第一種較好。具體設(shè)計(jì)流程如下:設(shè)計(jì)開(kāi)始編輯輸入（ VHDL 描述 ）編 譯布 線綜 合仿 真下 載 圖41 VHDL設(shè)計(jì)流程圖 控制模塊的VHDL設(shè)計(jì)首先將介紹控制模塊的設(shè)計(jì)，控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制部分，它控制著其他四個(gè)模塊的工作。圖42是控制模塊的模塊圖。 KONGZHIRESET RESETOUT SYSSTART STOPFLAG STARTCUNCHUBASECLK 圖42控制模塊圖 模塊輸入輸出信號(hào)定義RESET: INPUT系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，在系統(tǒng)開(kāi)始測(cè)量前，一般需要輸入一個(gè)高電平。SYSSTART: INPUT系統(tǒng)開(kāi)始測(cè)量信號(hào)，在脈沖的上升沿開(kāi)始觸發(fā)。FLAG: INPUT存儲(chǔ)模塊反饋回來(lái)的標(biāo)志信號(hào)，表示測(cè)量結(jié)果已存儲(chǔ)完畢。BASECLK:INPUT系統(tǒng)時(shí)鐘，由晶振電路提供，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為20MHZ，為調(diào)試時(shí)方便，仿真時(shí)為1KHZ。RESETOUT: OUTPUT控制模塊產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)，用于顯示模塊的復(fù)位。STARTCUNCHU: OUTPUT存儲(chǔ)開(kāi)始信號(hào)，主要控制存儲(chǔ)模塊的開(kāi)始存儲(chǔ)。STOP: OOUTPUT存儲(chǔ)停止信號(hào)，控制存儲(chǔ)模塊的停止存儲(chǔ)。 計(jì)數(shù)模塊的VHDL設(shè)計(jì) 模塊輸入輸出信號(hào)定義 COUNTERRESET OUTENCLK TKEEP1[3..0] TKEEP2[3..0] CHECLK TKEEP3[3..0]圖43 計(jì)數(shù)模塊圖計(jì)數(shù)模塊的實(shí)質(zhì)是一個(gè)計(jì)數(shù)器，具體的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍可在程序中定義，本設(shè)計(jì)假定為1000進(jìn)制。上圖為計(jì)數(shù)模塊的模塊圖，模塊的輸入和輸出信號(hào)定義如下:CHKCLK: INPUT為被測(cè)的系統(tǒng)輸入信號(hào)，為了便于仿真，輸入的是由分頻電路產(chǎn)生的頻率為1HZ的周期方波信號(hào)CLK: INPUT為系統(tǒng)的工作時(shí)鐘，同控制模塊一樣，頻率為1KH